DE60130548T2 - METHOD AND DEVICE FOR OPTIMIZING THE UTILIZATION OF AN ANTENNA ARRAY BEAMING TECHNIQUE - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR OPTIMIZING THE UTILIZATION OF AN ANTENNA ARRAY BEAMING TECHNIQUE Download PDF

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Abstract

In a communication device that includes an antenna array including multiple antennas, a method and apparatus is provided for optimizing the usage of an antenna array beamforming technique. The communication device determines a bearing from the communication device to the communication unit and a direction of arrival for a signal received from the communication unit by the communication device via each of the multiple antennas. In addition, the communication device determines a distance from the communication device to the communication unit, and also determines multiple signal quality metrics based on multiple signals received by the communication device from the communication unit. The communication device then determines whether to employ an antenna array beamforming technique based on any one or more of the determined bearing and the determined direction of arrival, the determined distance, or the determined signal quality metrics, thereby optimizing the usage of the antenna array beamforming technique.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf drahtlose Telekommunikationssysteme und insbesondere auf die Verwendung von Antennenanordnungen in drahtlosen Telekommunikationssystemen.The The present invention relates to wireless telecommunications systems and in particular to the use of antenna arrangements in wireless Telecommunications systems.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

In einem drahtlosen Telekommunikationssystem, das mehrere mobile Teilnehmereinheiten und eine Basisstation, die mit einer Antennenanordnung verbunden ist, die mehrere Antennen einschließt, umfasst, kann ein Senden der Basisstation an eine aktive Teilnehmereinheit mit einem Senden an eine andere aktive Teilnehmereinheit interferieren. Die Interferenz kann eine nicht akzeptable Verschlechterung des Funkfrequenzsignals (RF), das von der Teilnehmereinheit empfangen wird, verursachen, was zu einer verminderten Leistung und möglicherweise einer Verbindungsunterbrechung führt. Um die Interferenz zu minimieren, wurden Verfahren für das adaptive Formen eines Strahlmusters einer Antennenanordnung entwickelt, die zu einem gebündelteren Senden eines Signals zur vorgesehenen Teilnehmereinheit und einer reduzierten Interferenz mit anderen aktiven Teilnehmereinheiten, die dieselbe Basisstation und dieselbe Antennenanordnung verwenden, führt.In a wireless telecommunication system containing multiple mobile subscriber units and a base station connected to an antenna arrangement, which includes several antennas, includes transmitting the base station to an active subscriber unit interfere with a transmission to another active subscriber unit. The Interference may be an unacceptable deterioration of the radio frequency signal (RF) received by the subscriber unit cause, resulting in reduced performance and possibly a connection interruption leads. Around To minimize the interference, procedures have been adopted for the adaptive Forms of a beam pattern of an antenna assembly developed, the to a more focused Sending a signal to the intended subscriber unit and a reduced interference with other active subscriber units, use the same base station and the same antenna arrangement, leads.

Es sind viele Techniken für das adaptive Formen eines Strahlmusters einer Antennenanordnung vorgeschlagen worden. Eine Anzahl dieser Techniken liefert eine Fokussierung eines Strahls einer Antennenanordnung in die Richtung der maximal empfangenen Signalstärke (durch die Basisstation von der Teilnehmereinheit). Das heißt, die Techniken bestimmen eine getrennte Amplituden- und Phaseneinstellung für jeden Teil eines Signals, das von einer Teilnehmereinheit über jede der vielen Antennen empfangen wurde, bevor die Signalteile kombiniert werden, um es der Basisstation somit zu ermöglichen, das empfangende Signal und die interferierenden Signale aufzulösen, die interferierende Signale auszulöschen und das empfangene Signal zu optimieren. Wenn die Basisstation ein Signal an die Teilnehmereinheit sendet, werden die Amplituden- und Phaseneinstellungen, die auf der Basis des empfangenen Signals bestimmt wurden, auf jeden Teil des Signals, das von jeder der vielen Antennen gesendet wird, angewandt.It are many techniques for proposed the adaptive shaping of a beam pattern of an antenna arrangement Service. A number of these techniques provide a focus of one Beam of an antenna array in the direction of the maximum received signal strength (by the base station of the subscriber unit). That is, the Techniques determine a separate amplitude and phase adjustment for each Part of a signal sent by one subscriber unit over each of the many antennas was received before the signal parts are combined, thus allowing the base station to receive the receiving signal and to resolve the interfering signals, cancel the interfering signals, and to optimize the received signal. When the base station receives a signal sends to the subscriber unit, the amplitude and phase settings, which were determined on the basis of the received signal on each Part of the signal sent by each of the many antennas applied.

Es kann jedoch Situationen geben, bei denen es unvorteilhaft ist, einen Antennenstrahl für den Zweck des Sendens eines Signals an eine Teilnehmereinheit zu formen. Beispielsweise kann es sein, dass sich eine Teilnehmereinheit hinter einem Hindernis befindet, mit dem Ergebnis, dass ein Signal, das in der Richtung der maximal empfangenen Signalstärke, was die wahrgenommene Richtung der Teilnehmereinheit darstellt, fokussiert ist, stattdessen bloß auf eine Kante des Hindernisses fokussiert wird. Ein breit gesendetes Signal wird leichter um das Hindernis herum diffundieren als ein Signal mit einem schmalen Strahl und wird eine bessere Chance haben, die Teilnehmereinheit zu erreichen als das strahlförmige Signal. Eine andere Situation, bei der ein fokussierter Strahl unvorteilhaft ist, besteht dann, wenn die Teilnehmereinheit sich in einer Umgebung befindet, bei der Schwunderscheinungen es sehr schwer machen, den Ort der Teilnehmereinheit auf der Basis der empfangenen Signalstärke zu bestimmen. Es kann dazu führen, dass ein gerichtetes Signal in die falsche Richtung gerichtet wird. Oder es kann sein, dass eine Teilnehmereinheit wegen Problemen mit der Energiequelle der Einheit mit einem verminderten Leistungspegel arbeitet und somit nicht fähig sein wird, ein leicht falsch ausgerichtetes Signal akzeptabel zu empfangen. Es existiert somit ein Bedürfnis nach einem Verfahren und einer Vorrichtung, die eine Bestimmung liefern, wann eine Situation für das Verwenden einer Technik der Strahlformung einer Antennenanordnung passend ist.It However, there may be situations where it is unfavorable, one Antenna beam for the purpose of sending a signal to a subscriber unit to shape. For example, it may be that a subscriber unit located behind an obstacle, with the result that a signal that in the direction of the maximum received signal strength, what the perceived Direction of the subscriber unit is focused, instead only one Edge of the obstacle is focused. A broadly transmitted signal will diffuse around the obstacle more easily than a signal with a narrow beam and will have a better chance of that To reach subscriber unit as the beam-shaped signal. Another situation where a focused beam is unfavorable, then exists the subscriber unit is in an environment of fading make it very hard to base the subscriber unit on the location the received signal strength to determine. It can cause that a directional signal is directed in the wrong direction. Or it may be that a subscriber unit is having problems with the power source of the unit at a reduced power level works and therefore not capable will be acceptable for a slightly misaligned signal receive. There is thus a need for a method and a device that provide a determination when a situation for the Use a technique of beam forming an antenna assembly is appropriate.

Die WO 99/35764 , die DE 197 37 136 und die US-5,680,142 betreffen Strahlen einer Richtantenne.The WO 99/35764 , the DE 197 37 136 and the US 5,680,142 concern rays of a directional antenna.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

In einer Kommunikationsvorrichtung, die eine Antennenanordnung umfasst, die mehrere Antennen einschließt, liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Optimieren einer Verwendung einer Technik der Strahlformung einer Antennenanordnung. Gemäß der Erfindung bestimmt die Kommunikationsvorrichtung eine Richtung von der Kommunikationsvorrichtung zu einer Kommunikationseinheit und bestimmt eine Richtung der Ankunft eines Signals, das von der Kommunikationseinheit durch die Kommunikationsvorrichtung über jede der mehreren Antennen empfangen wird. Die Kommunikationsvorrichtung vergleicht die Richtung der Ankunft, bestimmt eine Differenz zwischen den beiden und vergleicht die bestimmte Differenz mit einem vorbestimmten Differenzschwellwert. Die Kommunikationsvorrichtung bestimmt dann auf der Basis des Vergleichs der bestimmten Differenz mit dem vorbestimmten Differenzschwellwert, ob eine Technik der Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden ist.In a communication device comprising an antenna arrangement, which includes several antennas, The present invention provides a method and an apparatus for the Optimizing a use of a beamforming technique Antenna array. According to the invention the communication device determines a direction from the communication device to a communication unit and determines a direction of arrival a signal transmitted by the communication unit through the communication device via each the multiple antennas is received. The communication device compares the direction of arrival, determines a difference between compare the two and compare the determined difference with a predetermined one Difference threshold. The communication device then determines on the basis of the comparison of the determined difference with the predetermined one Difference threshold, whether a technique of beam forming the antenna array to use.

In einer Ausführungsform bestimmt die Kommunikationsvorrichtung eine Distanz zwischen dem Basisort und der Kommunikationseinheit und vergleicht die bestimmte Distanz mit einem vorbestimmten Distanzschwellwert. Die Kommunikationsvorrichtung bestimmt dann zusätzlich auf der Basis des Vergleichs der bestimmten Distanz mit dem vorbestimmten Distanzschwellwert, ob eine Technik der Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden ist.In one embodiment, the communication device determines a distance between the base location and the communication unit and compares the determined distance to a predetermined distance threshold. The communication device then additionally determines on the basis of Ver of the predetermined distance equal to the predetermined distance threshold, whether a beamforming technique of the antenna arrangement is to be used.

In einer anderen Ausführungsform bestimmt die Kommunikationsvorrichtung mehrere Signalqualitätsmaße auf der Basis mehrerer Signale, die von der Kommunikationseinheit empfangen werden, vergleicht die mehreren Signalqualitätsmaße miteinander und bestimmt zusätzlich auf der Basis des Vergleichs der mehreren Signalqualitätsmaße, ob eine Technik der Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden ist.In another embodiment the communication device determines several signal quality measures on the Base of several signals received by the communication unit compare and compare the multiple signal quality measures additionally based on the comparison of the multiple signal quality measures, whether a technique the beam shaping of the antenna arrangement is to be used.

Durch die Bestimmung, ob eine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden ist, auf der Basis eines Vergleichs der bestimmten Differenz mit dem vorbestimmten Differenzschwellwert, möglicherweise zusätzlich auf der Basis eines Vergleichs der bestimmten Distanz mit dem vorbestimmten Distanzschwellwert und/oder möglicherweise zusätzlich auf der Basis des Vergleichs der mehreren Signalqualitätsmaße miteinander, optimiert die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung, indem sie bestimmt, ein Senden mit einer maximalen Strahlbreite in einer Umgebung zu verwenden, bei der ein falsch ausgerichtetes gerichtetes Signal durch die Kommunikationseinheit nicht akzeptabel empfangen werden kann, und indem sie bestimmt, eine Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung in einer Umgebung zu verwenden, bei der ein gerichtetes Signal in akzeptabler Weise auf die Kommunikationseinheit gerichtet werden kann.By the determination of whether a technique for beam forming the antenna array to use, based on a comparison of the particular Difference with the predetermined difference threshold, possibly additionally on the basis of a comparison of the determined distance with the predetermined one Distance threshold and / or possibly additionally based on the comparison of the multiple signal quality measures with each other, The present invention optimizes the use of a technique for beam shaping of an antenna arrangement, by determining To use sending with a maximum beamwidth in an environment in the case of a misaligned directional signal through the communication unit unacceptable, and by determining that a technique for beam forming an antenna array in a Environment in which a directional signal is acceptable Can be directed to the communication unit.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist ein Blockdiagramm eines drahtlosen Telekommunikationssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 FIG. 10 is a block diagram of a wireless telecommunication system according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.

2 ist ein Blockdiagramm der Basisstation der 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 is a block diagram of the base station of 1 according to a preferred embodiment of the present invention.

3 ist ein Blockdiagramm einer Kommunikationseinheit der 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 is a block diagram of a communication unit of 1 according to a preferred embodiment of the present invention.

4 ist eine Illustration der Verwendung von Vektoren, um zu bestimmen, ob eine Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung verwendet werden soll, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 FIG. 4 is an illustration of the use of vectors to determine whether a beamforming technique of an antenna array is to be used in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

5a ist ein logisches Flussdiagramm der Schritte, die von einer Kommunikationsvorrichtung ausgeführt werden, um zu bestimmen, ob eine Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden soll. 5a FIG. 10 is a logic flow diagram of the steps performed by a communication device to determine whether a beamforming technique of an antenna assembly according to a preferred embodiment of the present invention is to be performed.

5b ist eine Fortsetzung der 5a und stellt ein logisches Flussdiagramm der Schritte dar, die von einer Kommunikationsvorrichtung ausgeführt werden, um zu bestimmen, ob eine Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung verwendet werden soll, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5b is a continuation of 5a and FIG. 12 illustrates a logic flow diagram of the steps performed by a communication device to determine whether a beamforming technique of an antenna array is to be used in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDETAILED DESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENT

Die vorliegende Erfindung kann unter Bezug auf die 1 bis 5b vollständiger beschrieben werden. 1 ist ein Blockdiagramm eines drahtlosen Telekommunikationssystems 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das drahtlose Telekommunikationssystem 100 umfasst mehrere geographisch verteilte Kommunikationsvorrichtungen 101 bis 103 (drei sind gezeigt), vorzugsweise Basisstationen, die miteinander und mit einer Systemsteuerung 122 über ein Netz 120 gekoppelt sind, wie dedizierte T1 Telefonleitungen oder Mikrowellenverbindungen. Die drei Basisstationen 101 bis 103, die Systemsteuerung 122 und das Netz 120 werden gemeinsam als eine feste Infrastruktur bezeichnet. Da sie fest an ihrem Ort ist, ist der präzise Ort jeder Basisstation 101 bis 103 mit hoher Genauigkeit bekannt, wie er durch eine Vermessung oder andere Verfahren der geographischen Ortsbestimmung bestimmt wird. Die Systemsteuerung 122 umfasst einen Prozessor 124, vorzugsweise einen Mikroprozessor, einen digitalen Signalprozessor (DSP) oder eine Mikrosteuerung und einen zugehörigen Speicher 126, der es der Steuerung 122 erlaubt, Daten zu speichern, Programme ablaufen zu lassen und Berechnungen auszuführen. Vorzugsweise umfasst der Speicher 126 weiter eine Standortdatenbank 128, die die Standorte aller Basisstationen 101 bis 103 im System 100 einschließt. Alternativ kann eine Standortdatenbank 128 irgendwo im System 100 angeordnet sein, wie beispielsweise in einer der Basisstationen 101 bis 103 und mit den anderen Komponenten des Systems 100 über das Netz 120 gekoppelt sein.The present invention can be described with reference to FIGS 1 to 5b will be described more fully. 1 is a block diagram of a wireless telecommunications system 100 according to a preferred embodiment of the present invention. The wireless telecommunication system 100 includes several geographically distributed communication devices 101 to 103 (three are shown), preferably base stations that communicate with each other and with a system controller 122 over a network 120 coupled, such as dedicated T1 telephone lines or microwave connections. The three base stations 101 to 103 , the control panel 122 and the network 120 are collectively referred to as a fixed infrastructure. Being firmly in place, the precise location of each base station 101 to 103 with high accuracy, as determined by surveying or other geographic location method. The system control 122 includes a processor 124 , preferably a microprocessor, a digital signal processor (DSP) or a microcontroller and an associated memory 126 who controls it 122 allows to store data, run programs and perform calculations. Preferably, the memory comprises 126 continue a location database 128 showing the locations of all base stations 101 to 103 in the system 100 includes. Alternatively, a site database 128 somewhere in the system 100 be arranged, such as in one of the base stations 101 to 103 and with the other components of the system 100 over the net 120 be coupled.

Jede Basisstation 101 bis 103 liefert einen Kommunikationsdienst an ein jeweiliges Dienstabdeckungsgebiet 111 bis 113. Jedes Abdeckungsgebiet 111 bis 113 ist in drei Sektoren unterteilt, das heißt das Abdeckungsgebiet 111 ist in die Sektoren 131 bis 133 unterteilt, das Abdeckungsgebiet 112 ist in die Sektoren 134 bis 136 unterteilt, und das Abdeckungsgebiet 113 ist in die Sektoren 137 bis 139 unterteilt. Jeder Sektor 131 bis 139 überspannt ungefähr einen Sektor von 120° eines 360° Winkels des jeweiligen Abdeckungsgebiet 111 bis 113. Jede Basisstation 101 bis 103 umfasst vorzugsweise mehrere Antennenanordnungen 141 bis 143 (drei sind gezeigt), wobei jede Antennenanordnung mit einem der Sektoren des Abdeckungsgebiets, in dem sich die Basisstation befindet, verknüpft ist. Jede Antennenanordnung 141 bis 143 umfasst wiederum mehrere Richtantennen (das heißt, die Antennenanordnung 141 umfasst die Antennen 144, 145 (zwei sind gezeigt), die Antennenanordnung 142 umfasst die Antennen 146, 147 (zwei sind gezeigt), und die Antennenanordnung 143 umfasst die Antennen 147, 148 (zwei sind gezeigt), was zu mehreren Richtantennen führt, die mit jedem Sektor eines Abdeckungsgebiets verknüpft sind. Fachleute werden erkennen, dass je mehr Antennen in einer Antennenanordnung enthalten sind, desto enger fokussiert ein Strahl durch die Anordnung gesendet werden kann.Every base station 101 to 103 provides a communication service to a respective service coverage area 111 to 113 , Each coverage area 111 to 113 is divided into three sectors, that is the coverage area 111 is in the sectors 131 to 133 divided, the coverage area 112 is in the sectors 134 to 136 divided, and the coverage area 113 is in the sectors 137 to 139 divided. Every sector 131 to 139 spans approximately a sector of 120 ° of a 360 ° angle of the respective coverage area 111 to 113 , Every base station 101 to 103 preferably includes several re antenna arrangements 141 to 143 (three are shown) with each antenna array associated with one of the sectors of the coverage area in which the base station is located. Every antenna arrangement 141 to 143 again comprises a plurality of directional antennas (that is, the antenna arrangement 141 includes the antennas 144 . 145 (two are shown), the antenna array 142 includes the antennas 146 . 147 (two are shown), and the antenna array 143 includes the antennas 147 . 148 (two are shown), resulting in multiple directional antennas associated with each sector of a coverage area. Those skilled in the art will recognize that the more antennas included in an antenna array, the more narrowly focused a beam can be transmitted through the array.

2 ist ein Blockdiagramm einer Basisstation 101 bis 103 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Jede Basisstation 101 bis 103 umfasst vorzugsweise mehrere Antennenanordnungen 141 bis 143 und ihre zugehörigen Antennen 144 bis 149. Jede Antenne 144 bis 149 ist mit einer jeweiligen Empfängereinheit 204 bis 209 gekoppelt, die einen Demodulator 224, der jeweils mit einem Funkfrequenzfilter (RF-Filter) 220 gekoppelt ist, einen lokalen Oszillator 222 und einen Analog-Digital-Wandler 226 umfasst. Jede Empfängereinheit 204 bis 209 ist weiter mit einem Prozessor 210, vorzugsweise einem Mikroprozessor oder einem digitalen Signalprozessor (DSP) gekoppelt. Der Prozessor 210 und ein zugehöriger Speicher 212, vorzugsweise ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), erlauben es der Basisstation, Information zu speichern, Berechnungen auszuführen und Softwareprogramme ablaufen zu lassen. Jede Basisstation 101 bis 103 umfasst weiter eine Zeitreferenzeinheit 214, die mit einem Prozessor 210 gekoppelt ist, die eine Zeitreferenz für die Basisstation liefert, und einen GPS-Empfänger (Global Positioning Satellite) 216, der mit der Zeitreferenzeinheit 214 gekoppelt ist. 2 is a block diagram of a base station 101 to 103 according to a preferred embodiment of the present invention. Every base station 101 to 103 preferably comprises a plurality of antenna arrangements 141 to 143 and their associated antennas 144 to 149 , Every antenna 144 to 149 is with a respective receiver unit 204 to 209 coupled to a demodulator 224 , each with a radio frequency filter (RF filter) 220 is coupled to a local oscillator 222 and an analog-to-digital converter 226 includes. Each receiver unit 204 to 209 is on with a processor 210 , preferably a microprocessor or a digital signal processor (DSP) coupled. The processor 210 and an associated memory 212 , preferably a random access memory (RAM), allow the base station to store information, perform calculations, and run software programs. Every base station 101 to 103 further comprises a time reference unit 214 that with a processor 210 which provides a time reference for the base station and a GPS receiver (Global Positioning Satellite) 216 that with the time reference unit 214 is coupled.

Jede Basisstation 101 bis 103 hat Zugang zu einer gemeinsamen Zeitbasis, die die Basisstation verwendet, um seine Zeitreferenzeinheit 210 zu synchronisieren. In der bevorzugten Ausführungsform wird die gemeinsame Zeitbasis durch den GPS-Empfänger 212 an jede Basisstation 101 bis 103 geliefert, wobei der GPS-Empfänger 212 einen Zugang zu einem GPS-Satellitensignal hat; Fachleute werden jedoch erkennen, dass es andere Verfahren für das Liefern einer hoch genauen gemeinsamen Zeitbasis an jede der Basisstationen 101 bis 103 gibt, wie beispielsweise eine Synchronisationseinheit, die mit der Basisstation über eine dedizierte T1 Verbindung verbunden ist, die einen Teil des Netzes 120 darstellt und die für eine Zeitsynchronisation dediziert ist, wobei diese Synchronisationseinheit eine gemeinsame Zeitbasis erzeugt und die gemeinsame Zeitbasis an jede der Basisstationen 101 bis 103 über die T1-Verbindung liefert, oder eine Mobileinheit, die sich an einem bekannten Ort befindet, die ein Signal sendet, das von jeder der Basisstationen 101 bis 103 empfangen wird, und wobei das Signal als eine Synchronisationszeitbasis für die Basisstationen dient, wobei andere Verfahren verwendet werden können, ohne von der Idee und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.Every base station 101 to 103 has access to a common time base, which uses the base station to its time reference unit 210 to synchronize. In the preferred embodiment, the common time base is determined by the GPS receiver 212 to every base station 101 to 103 delivered, with the GPS receiver 212 has access to a GPS satellite signal; However, those skilled in the art will recognize that there are other methods for providing a high-precision common time base to each of the base stations 101 to 103 such as a synchronization unit connected to the base station via a dedicated T1 connection, which forms part of the network 120 and dedicated for time synchronization, this synchronization unit generating a common time base and the common time base to each of the base stations 101 to 103 over the T1 connection, or a mobile unit located in a known location that sends a signal from each of the base stations 101 to 103 where the signal serves as a synchronization time base for the base stations, other methods may be used without departing from the spirit and scope of the present invention.

Das Telekommunikationssystem 100 umfasst auch mehrere Kommunikationseinheiten 110, von denen nur eine in 1 gezeigt ist. Die Kommunikationseinheit 110 ist vorzugsweise ein zellulares Telefon oder ein Funktelefon und, wie das in 3 gezeigt ist, umfasst vorzugsweise eine Antenne 308, einen Sender 300 und einen Empfänger 302, die jeweils mit der Antenne 308 und einem Mikroprozessor 304 verbunden sind, und einen Speicher 306, der mit dem Mikroprozessor 304 verbunden ist.The telecommunication system 100 also includes several communication units 110 of which only one in 1 is shown. The communication unit 110 is preferably a cellular telephone or a radiotelephone and, as in 3 is shown, preferably comprises an antenna 308 , a transmitter 300 and a receiver 302 , each with the antenna 308 and a microprocessor 304 connected, and a memory 306 that with the microprocessor 304 connected is.

Wenn sich die Kommunikationseinheit 110 durch das System 100 bewegt, weist eine Systemsteuerung 122 eine Basisstation (beispielsweise die Basisstation 101) an, als eine die Kommunikationseinheit 110 bedienende Basisstation zu dienen. Die bedienende Basisstation 101 verwaltet und liefert Funkkommunikationsdienste für die Kommunikationseinheit 110, während sich die Kommunikationseinheit in einem Sektor (beispielsweise Sektor 131) des Dienstabdeckungsgebiets 111 der bedienenden Basisstation befindet.When the communication unit 110 through the system 100 moves, assigns a control panel 122 a base station (for example, the base station 101 ), as the communication unit 110 serving the base station. The serving base station 101 manages and provides radio communication services to the communication unit 110 while the communication unit is in a sector (e.g. sector 131 ) of the service coverage area 111 the serving base station is located.

Um die Stärke eine RF-Signals, das durch die Kommunikationseinheit 110 von der Basisstation 101 empfangen wurde, zu optimieren, und um die Interferenz des RF-Signals mit Kommunikationen zwischen der Basisstation 101 und anderen aktiven Kommunikationseinheiten im Sektor 131 zu minimieren, verwendet die Basisstation 101 eine Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung für das Senden des RF-Signals. Die Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung erlaubt es der Basisstation 101 ein schmal fokussiertes Signal an die Kommunikationseinheit 110 zu senden. In gewissen Signalausbreitungssituationen, wo beispielsweise ein Schwund einen signifikanten Einfluss auf den Empfang des RF-Signals hat, oder wo ein Hindernis die Sichtlinienkommunikationen zwischen der Kommunikationseinheit 110 und der Basisstation 101 blockiert, kann das Verwenden einer Technik zur Strahlformung einer Antenne zu einem Signal führen, das in eine Richtung gerichtet ist, die sich von der tatsächlichen Richtung zur Kommunikationseinheit 110 unterscheidet. In Abhängigkeit von einer Diskrepanz zwischen einer Richtung des gerichteten Signals, wie es durch die Technik zur Strahlformung der Antenne bestimmt ist, und einer Richtung zur Kommunikationsvorrichtung kann es für die Basisstation 101 stattdessen vorteilhaft sein, eine maximale Bandbreite zu senden. Somit liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Optimieren der Verwendung einer Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung durch die Bestimmung, ob die Technik zur Strahlformung der Antenne verwendet werden soll, oder ob stattdessen mit einer maximalen Strahlbreite gesendet werden soll.To give strength an RF signal passing through the communication unit 110 from the base station 101 was received, and the interference of the RF signal with communications between the base station 101 and other active communication units in the sector 131 to minimize, uses the base station 101 a technique for beam forming an antenna arrangement for transmitting the RF signal. The beamforming technique of the antenna arrangement allows the base station 101 a narrow focused signal to the communication unit 110 to send. In certain signal propagation situations where, for example, fading has a significant impact on the reception of the RF signal, or where an obstacle is the line of sight communications between the communication unit 110 and the base station 101 blocked, using a technique to beamform an antenna may result in a signal directed in a direction that is different from the actual direction to the communication unit 110 different. Depending on a discrepancy between a direction of the directional signal, as determined by the technique for beamforming the antenna, and a direction to the communication device, it may be for the base station 101 instead be advantageous to send a maximum bandwidth. Thus, the present invention provides A method and apparatus for optimizing the use of a technique for beamforming an antenna array by determining whether the technique is to be used to beamform the antenna, or instead to transmit with a maximum beamwidth.

Die Funktion des Systems 100 bei der Bestimmung, ob ein Verfahren zur Strahlformung einer Antenne verwendet werden soll, gestaltet sich folgendermaßen. Das System 100 bestimmt einen geographischen Ort einer Kommunikationseinheit 110. In der bevorzugten Ausführungsform sendet die Kommunikationseinheit 110, die in Bezug auf die gemeinsame Zeitbasis synchronisiert ist, ein Signal an jede der Basisstationen 101 bis 103. Das Signal umfasst eine Kennung, wie eine identifizierende Sequenz von Symbolen, die eindeutig zu einer Kommunikationseinheit 110 gehört, und es umfasst weiter Synchronisationssymbole, Pilotsymbole und eine Anzeige der Sendezeit relativ zur gemeinsamen Zeitbasis. Nach dem Empfang des Signals von der Kommunikationseinheit 110 bestimmt jede der Basisstationen 101 bis 103 eine Ankunftszeit des Signals und sendet die bestimmte Ankunftszeit an die bedienende Basisstation 101. Der Prozessor 210 der Basisstation 101 fragt die Standortdatenbank 128 ab, um die Standorte der Basisstationen 101 bis 103 zu erhalten und bestimmt den Ort der Kommunikationseinheit 110 auf der Basis der Standorte der Basisstationen, der Information über die Ankunftszeit von jeder der Basisstationen 101 bis 103 und unter Verwendung von Triangulationstechniken oder anderen geographischen Schnitttechniken, die als Programme im Speicher 212 gespeichert sind. Der Prozessor 210 speichert dann den bestimmten Ort im Speicher 212.The function of the system 100 in determining whether to use a method of beamforming an antenna is as follows. The system 100 determines a geographical location of a communication unit 110 , In the preferred embodiment, the communication unit transmits 110 , which is synchronized with respect to the common time base, sends a signal to each of the base stations 101 to 103 , The signal comprises an identifier, such as an identifying sequence of symbols unique to a communication unit 110 and further includes synchronization symbols, pilot symbols and an indication of the transmission time relative to the common time base. After receiving the signal from the communication unit 110 determines each of the base stations 101 to 103 an arrival time of the signal and sends the determined time of arrival to the serving base station 101 , The processor 210 the base station 101 asks the location database 128 down to the locations of the base stations 101 to 103 and determines the location of the communication unit 110 based on the locations of the base stations, the information about the arrival time of each of the base stations 101 to 103 and using triangulation techniques or other geographic editing techniques as programs in memory 212 are stored. The processor 210 then stores the specific location in memory 212 ,

In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sendet jede der Basisstationen 101 bis 103 ihre jeweils bestimmten Ankunftszeiten an die Steuerung 122. Der Prozessor 124 der Steuerung 122 fragt die Standortdatenbank 128 ab, um die Orte der Basisstationen 101 bis 103 zu erhalten, und bestimmt den Ort der Kommunikationseinheit 110 auf der Basis der Standorte der Basisstationen, der Information über die Ankunftszeit, die von jeder Basisstation 101 bis 103 empfangen wird, und unter Verwendung von Triangulationstechniken oder anderen geographischen Schnitttechniken, die als Programme im Speicher 126 gespeichert sind. Die Steuerung 122 befördert dann den Ort der Kommunikationseinheit 110 an die Basisstation 101, wo der Ort im Speicher 212 gespeichert wird.In an alternative embodiment of the present invention, each of the base stations transmits 101 to 103 their respective specific arrival times to the controller 122 , The processor 124 the controller 122 asks the location database 128 off to the places of the base stations 101 to 103 and determines the location of the communication unit 110 based on the locations of the base stations, the information about the arrival time of each base station 101 to 103 is received, and using triangulation techniques or other geographic editing techniques, as programs in memory 126 are stored. The control 122 then moves the location of the communication unit 110 to the base station 101 where the place is in memory 212 is stored.

In einer anderen alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sendet jede Basisstation 101 bis 103 ein Signal an die Kommunikationseinheit 110, um einen geographischen Ort der Kommunikationseinheit 110 zu bestimmen. Jedes Signal umfasst eine Kennung, wie eine identifizierende Sequenz von Symbolen, die eindeutig der Basisstation 101 bis 103 entspricht, die das entsprechende Signal sendet. Jedes Signal umfasst auch eine Sendezeitanzeige relativ zur gemeinsamen Zeitbasis. Beim Empfangen der Signale von den Basisstationen 101 bis 103 bestimmt die Kommunikationseinheit 110 eine Zeitdifferenz der Ankunft jedes Signals in Bezug auf jedes der anderen Signale und sendet die bestimmten Zeitdifferenzen der Ankunft über eine der Basisstationen 101 bis 103 an die Steuerung 122. Der Prozessor 124 in der Steuerung 122 fragt die Standortdatenbank 128 ab, um die Orte der Basisstationen 101 bis 103 zu erhalten, und bestimmt den geographischen Ort der Kommunikationseinheit 110 auf der Basis der Orte der Basisstationen, der Zeitdifferenz der Ankunftsinformation, die von der Kommunikationseinheit 110 empfangen wird, und unter Verwendung von Triangulationstechniken oder anderen geographischen Schnitttechniken, die als Programme im Speicher 126 gespeichert sind. Die Steuerung 122 befördert dann den Ort der Kommunikationseinheit 110 an die Basisstation 101, wo der Ort im Speicher 212 gespeichert wird.In another alternative embodiment of the present invention, each base station transmits 101 to 103 a signal to the communication unit 110 to a geographical location of the communication unit 110 to determine. Each signal comprises an identifier, such as an identifying sequence of symbols unique to the base station 101 to 103 which sends the corresponding signal. Each signal also includes a transmission time indication relative to the common time base. When receiving the signals from the base stations 101 to 103 determines the communication unit 110 a time difference of the arrival of each signal with respect to each of the other signals, and sends the determined time differences of arrival via one of the base stations 101 to 103 to the controller 122 , The processor 124 in the controller 122 asks the location database 128 off to the places of the base stations 101 to 103 and determines the geographical location of the communication unit 110 based on the locations of the base stations, the time difference of the arrival information received from the communication unit 110 is received, and using triangulation techniques or other geographic editing techniques, as programs in memory 126 are stored. The control 122 then moves the location of the communication unit 110 to the base station 101 where the place is in memory 212 is stored.

In einer nochmals anderen alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Kommunikationseinheit 110 weiter einen GPS-Empfänger, der mit dem Mikroprozessor 304 und der Antenne 308 verbunden ist, und bestimmt selbst ihren geographischen Ort durch das Verwenden des GPS-Empfängers, um Signale von mindestens drei Satelliten aus einer Konstellation von GPS-Satelliten zu empfangen. Die Kommunikationseinheit 110, vorzugsweise ein Mikroprozessor 304, bestimmt dann ihren eigenen Ort auf der Basis der Satellitensignale und gemäß bekannten Techniken der Triangulation, wie sie in GPS-Systemen angewandt werden, wobei diese Techniken als Programme im Speicher 306 gespeichert sind. Die Kommunikationseinheit 110 befördert dann den bestimmten Ort an die Basisstation 101, wo der Ort im Speicher 212 gespeichert wird.In yet another alternative embodiment of the present invention, the communication unit comprises 110 Continue a GPS receiver with the microprocessor 304 and the antenna 308 itself determines its geographical location by using the GPS receiver to receive signals from at least three satellites from a constellation of GPS satellites. The communication unit 110 , preferably a microprocessor 304 , then determines its own location based on the satellite signals and according to known techniques of triangulation as applied in GPS systems, these techniques being stored as programs in memory 306 are stored. The communication unit 110 then transports the designated location to the base station 101 where the place is in memory 212 is stored.

Der Prozessor 210 in der Basisstation 101 oder alternativ der Prozessor 124 in der Steuerung 122 bestimmt dann eine Distanz zwischen der Basisstation 101 und der Kommunikationseinheit 110. Der Prozessor 210 führt einen Distanzbestimmungsalgorithmus aus, der im Speicher 212 oder alternativ im Speicher 126 gespeichert ist, wobei der Algorithmus den Ort der Basisstation 101, der in der Standortdatenbank 128 gespeichert ist, und den bestimmten Ort der Kommunikationseinheit 110, der im Speicher 212 oder alternativ im Speicher 126 gespeichert ist, verwendet. Der Prozessor 210 bestimmt auch eine Richtung von der Basisstation 101 zur Kommunikationseinheit 110 auf der Basis der zwei gespeicherten Orte. Der Prozessor 210 vergleicht die bestimmte Distanz mit einem vorbestimmten Distanzschwellwert, beispielsweise 150 Meter, der im Speicher 212 gespeichert ist. Unter den Faktoren, die bei der Bestimmung eines vorbestimmten Distanzschwellwerts berücksichtigt werden, sind die mittlere Geschwindigkeit der Kommunikationseinheiten im Sektor (beispielsweise dem Sektor 131) und die Hindernisse, die im Sektor existieren, so dass wenn sich eine Kommunikationseinheit so dicht an der bedienenden Basisstation befindet, dass ein Strahl maximaler Strahlbreite reichlich Energie besitzt, um die Kommunikationseinheit zu erreichen, oder wenn sie ihren Ort so schnell ändert, dass ein fokussierter Strahl häufig neu justiert werden müsste, wird ein Strahl mit maximaler Strahlbreite bevorzugt. Fachleute werden erkennen, dass eine Vielzahl von Distanzen für einen vorbestimmten Distanzschwellwert verwendet werden können, und dass der speziell verwendete Schwellwert beim Konstrukteur des Systems liegt.The processor 210 in the base station 101 or alternatively the processor 124 in the controller 122 then determines a distance between the base station 101 and the communication unit 110 , The processor 210 executes a distance determination algorithm stored in memory 212 or alternatively in memory 126 where the algorithm is the location of the base station 101 in the site database 128 is stored, and the specific location of the communication unit 110 in the store 212 or alternatively in memory 126 stored, used. The processor 210 also determines a direction from the base station 101 to the communication unit 110 based on the two saved places. The processor 210 compares the determined distance with a predetermined distance threshold, for example 150 meters, in memory 212 is stored. Among the factors involved in the Bestim When a predetermined distance threshold value is taken into account, the average speed of the communication units in the sector (for example the sector 131 ) and the obstacles that exist in the sector so that when a communication unit is so close to the serving base station that a beam of maximum beam width has ample power to reach the communication unit, or if it changes its location so fast that Frequently, if a focused beam needs to be readjusted, a beam with maximum beamwidth is preferred. Those skilled in the art will recognize that a plurality of distances may be used for a predetermined distance threshold, and that the particular threshold used is at the designer of the system.

Wenn die bestimmte Distanz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Distanzschwellwert ist, dann bestimmt die Basisstation 101, keine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden, sondern stattdessen mit einer maximalen Strahlbreite zu senden. Wenn die bestimmte Distanz größer als der vorbestimmte Distanzschwellwert ist, dann bestimmt der Prozessor 210 auf der Basis des bestimmten Orts der Kommunikationsvorrichtung 110 und einer Ankunftsrichtung (direction of arrival, DOA) eines Signals, das durch die Basisstation 101 von der Kommunikationseinheit 110 empfangen wird, ob eine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden ist, wobei die DOA in der unten beschriebenen Weise bestimmt wird.If the determined distance is less than or equal to the predetermined distance threshold, then the base station determines 101 not to use beamforming technology of the antenna array, but instead to transmit with a maximum beamwidth. If the determined distance is greater than the predetermined distance threshold, then the processor determines 210 based on the particular location of the communication device 110 and a direction of arrival (DOA) of a signal transmitted by the base station 101 from the communication unit 110 whether to use a beamforming technique of the antenna array, the DOA being determined in the manner described below.

Das System 100 bestimmt eine DOA eines Signals, das durch eine Basisstation von einer Kommunikationseinheit, die durch die Basisstation bedient wird, empfangen wird, in folgender Weise. Einer Kommunikationseinheit (beispielsweise die Kommunikationseinheit 110), die sich in einem Sektor (beispielsweise dem Sektor 131) befindet, der von einer bedienenden Basisstation (beispielsweise der Basisstation 101) bedient wird, wird ein Kommunikationskanal, der vorzugsweise eine Frequenzbandbreite einschließt, für Funkfrequenzkommunikationen (RF) zwischen der Kommunikationseinheit 110 und der Basisstation 101 zugewiesen. Die Kommunikationseinheit 110 sendet ein RF-Signal 150 im zugewiesenen Kommunikationskanal an die Basisstation 101, wobei das RF-Signal 150 für einen Empfang an jeder der mehreren Antennen 144, 145 der Antennenanordnung 141 verfügbar ist.The system 100 determines a DOA of a signal received by a base station from a communication unit served by the base station in the following manner. A communication unit (for example, the communication unit 110 ), which are in one sector (for example the sector 131 ) located by a serving base station (e.g., the base station 101 ), a communication channel which preferably includes a frequency bandwidth is used for radio frequency communications (RF) between the communication unit 110 and the base station 101 assigned. The communication unit 110 sends an RF signal 150 in the assigned communication channel to the base station 101 where the RF signal 150 for reception at each of the multiple antennas 144 . 145 the antenna arrangement 141 is available.

Das Signal 150 wird von einer ersten Antenne 144 der mehreren Antennen 144, 145 der Antennenanordnung empfangen, um ein erstes empfangenes Signal zu erzeugen, und durch eine zweite Antenne 145 der mehreren Antennen 144, 145, um ein zweites empfangenes Signal zu erzeugen. Die Antenne 144 befördert das erste empfangene Signal an eine erste Empfängereinheit 204 der mehreren Empfängereinheiten 204 bis 209, und die Antenne 145 befördert das zweite empfangene Signal an eine zweite Empfängereinheit 205 der mehreren Empfängereinheiten 204 bis 209.The signal 150 is from a first antenna 144 the multiple antennas 144 . 145 the antenna arrangement to generate a first received signal, and by a second antenna 145 the multiple antennas 144 . 145 to generate a second received signal. The antenna 144 conveys the first received signal to a first receiver unit 204 the multiple receiver units 204 to 209 , and the antenna 145 conveys the second received signal to a second receiver unit 205 the multiple receiver units 204 to 209 ,

In der Empfängereinheit 204 wird das erste empfangene Signal an ein RF-Filter 220 gegeben, wo Außerbandrauschen aus dem Signal entfernt wird, um ein erstes gefiltertes Signal zu erzeugen. Das erste gefilterte Signal wird an einen Demodulator 224 befördert, zusammen mit einem Referenzsignal, das von einem lokalen Oszillator 222 erzeugt wird. Vorzugsweise ist die Frequenz des Referenzsignals ungefähr die Frequenz des Signals 150. Der Demodulator 245 mischt das erste gefilterte Signal mit dem Referenzsignal, um ein erstes Basisbandsignal zu erzeugen. Das erste Basisbandsignal wird an einen A/D-Wandler 224 gegeben, der das erste Basisbandsignal digitalisiert, um ein erstes digitalisiertes Basisbandsignal zu erzeugen. Die Empfängereinheit 204 befördert dann das erste digitalisierte Basisbandsignal an den Prozessor 210.In the receiver unit 204 becomes the first received signal to an RF filter 220 where out-of-band noise is removed from the signal to produce a first filtered signal. The first filtered signal is sent to a demodulator 224 conveyed, along with a reference signal from a local oscillator 222 is produced. Preferably, the frequency of the reference signal is approximately the frequency of the signal 150 , The demodulator 245 The first filtered signal mixes with the reference signal to produce a first baseband signal. The first baseband signal is sent to an A / D converter 224 which digitizes the first baseband signal to produce a first digitized baseband signal. The receiver unit 204 then feeds the first digitized baseband signal to the processor 210 ,

Ähnlich der Verarbeitung des ersten empfangenen Signals wird in der Empfängereinheit 205 das zweite empfangene Signal an den RF-Filter 220 gegeben, wo Außerbandrauschen vom Signal entfernt wird, um ein zweites gefiltertes Signal zu erzeugen. Das zweite gefilterte Signal wird an einen Demodulator 224 befördert, zusammen mit einem Referenzsignal, das von einem lokalen Oszillator 222 erzeugt wird. Vorzugsweise ist die Frequenz des Referenzsignals ungefähr die Frequenz des Signals 150. Der Demodulator 224 mischt das zweite gefilterte Signal mit dem Referenzsignal, um ein zweites Basisbandsignal zu erzeugen. Das zweite Basisbandsignal wird an einen A/D-Wandler 226 befördert, der das zweite Basisbandsignal digitalisiert, um ein zweites digitalisiertes Basisbandsignal zu erzeugen. Die Empfängereinheit 206 befördert dann das zweite digitalisierte Basisbandsignal an den Prozessor 210.Similar to the processing of the first received signal is in the receiver unit 205 the second received signal to the RF filter 220 where out of band noise is removed from the signal to produce a second filtered signal. The second filtered signal is sent to a demodulator 224 conveyed, along with a reference signal from a local oscillator 222 is produced. Preferably, the frequency of the reference signal is approximately the frequency of the signal 150 , The demodulator 224 The second filtered signal mixes with the reference signal to produce a second baseband signal. The second baseband signal is sent to an A / D converter 226 which digitizes the second baseband signal to produce a second digitized baseband signal. The receiver unit 206 then feeds the second digitized baseband signal to the processor 210 ,

Nach dem Empfangen des ersten digitalisierten Basisbandsignals und des zweiten digitalisierten Basisbandsignals bestimmt der Prozessor 210 eine Ankunftszeit (TOA) oder alternativ eine Phase der Ankunft für das erste empfangende Signal und das zweite empfangene Signal. Jede Bestimmung der TOA oder Ankunftsphase erfolgt unter Bezug auf die gemeinsame Zeitbasis und basiert auf bekannten Verzögerungen im Pfad der ersten und zweiten empfangenden Signale von den jeweiligen Empfangsantennen 144, 145 zum Prozessor 210, wobei diese Verzögerungen im Speicher 212 gespeichert sind.After receiving the first digitized baseband signal and the second digitized baseband signal, the processor determines 210 an arrival time (TOA) or, alternatively, a phase of arrival for the first received signal and the second received signal. Each determination of the TOA or arrival phase is based on the common time base and is based on known delays in the path of the first and second received signals from the respective receive antennas 144 . 145 to the processor 210 , with these delays in memory 212 are stored.

Der Prozessor 210 bestimmt dann eine Ankunftsrichtung (DOA) für das Signal 150 durch das Ausführungen eines DOA-Algorithmus, der im Speicher 212 gespeichert ist. Der DOA-Algorithmus bestimmt eine DOA für das Signal 150 auf der Basis von TOA-Bestimmungen für jedes der ersten und zweiten empfangenen Signale und weiter basierend auf einer vorbestimmten räumlichen Trennung und Richtungsausrichtung jeder der mehreren Antennen 144, 145 in der Anordnung 141 in Bezug auf die anderen Antennen in der Anordnung. Vorzugsweise werden die räumliche Trennung, vorzugsweise eine halbe Wellenlänge, und die Richtungsausrichtung jeder der mehreren Antennen 144, 145 im Speicher 212 gespeichert. Alternativ kann der DOA-Algorithmus eine DOA für das Signal 150 auf der Basis einer Phase des Signals, das an jedem der mehreren Antennen 144, 145 empfangen wird, und der vorbestimmten räumliche Trennung und Ausrichtung jeder der mehreren Antennen bestimmen. Es gibt viele Algorithmen, die für eine Bestimmung der DOA verfügbar sind. Ein solcher Algorithmus, der in der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, ist ein Algorithmus der Schätzung von Signalparametern über rotationsinvariante Techniken (ESPRIT), wobei dieser Algorithmus beschrieben ist im Papier "ESPRIT – Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques", IEEE Transactions an Accoustics, Speech and Signal Processing, Band 37, Nr. 7, Juli 1989. Ein anderer Algorithmus, der hier verwendet werden kann, ist die Multiple Signalidentifikation und Klassifikation (MUSIC). Der Prozessor 210 befördert dann die bestimmt DOA zum Speicher 212, wo die bestimmte DOA in einer Datenanordnung gespeichert wird.The processor 210 then determines an arrival direction (DOA) for the signal 150 through the implementations of a DOA algorithm stored in memory 212 is stored. The DOA algorithm determines a DOA for the signal 150 on the basis of TOA determinations for each of the first and second received signals and further based on a predetermined spatial separation and directional orientation of each of the plurality of antennas 144 . 145 in the arrangement 141 with respect to the other antennas in the array. Preferably, the spatial separation, preferably one-half wavelength, and the directionality of each of the multiple antennas 144 . 145 In the storage room 212 saved. Alternatively, the DOA algorithm may provide a DOA for the signal 150 based on a phase of the signal present at each of the multiple antennas 144 . 145 and determine the predetermined spatial separation and orientation of each of the multiple antennas. There are many algorithms available for a determination of DOA. One such algorithm used in the preferred embodiment is an algorithm of estimation of signal parameters via rotationally invariant techniques (ESPRIT), this algorithm being described in the paper "ESPRIT - Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques", IEEE Transactions to Accoustics , Speech and Signal Processing, Vol. 37, No. 7, July 1989. Another algorithm that can be used here is Multiple Signal Identification and Classification (MUSIC). The processor 210 then transport the definitely DOA to the store 212 where the particular DOA is stored in a data array.

In der bevorzugten Ausführungsform werden die obigen Prozeduren, mit denen der Prozessor 210 ein Signal von der Kommunikationseinheit 110 über jede der mehreren Antennen 144, 145 der Anordnung 141 empfängt, eine DOA für das empfangene Signal bestimmt, und die DOA im Speicher 212 speichert, alle 1,25 Millisekunden (ms) wiederholt. Nach dem Ansammeln von 320 DOA-Bestimmungen in der Datenanordnung im Speicher 212, was ungefähr 0,4 Sekunden dauert, bestimmt der Prozessor 210 ein DOA-Mittelwert und eine DOA-Varianz auf der Basis der angesammelten DOA-Bestimmungen durch das Ausführen eines statistischen Analyseprogramms, das im Speicher 212 gespeichert ist. Der DOA-Mittelwert bildet eine geschätzte geographische Richtung von der Basisstation 101 zur Kommunikationseinheit 110 auf der Basis einer ankommenden Richtung der Signale, die durch die Basisstation 101 von der Kommunikationseinheit 110 empfangen werden.In the preferred embodiment, the above procedures are used by the processor 210 a signal from the communication unit 110 over each of the multiple antennas 144 . 145 the arrangement 141 receives, determines a DOA for the received signal, and the DOA in memory 212 stores every 1.25 milliseconds (ms). After accumulating 320 DOA provisions in the data array in memory 212 , which takes about 0.4 seconds, determines the processor 210 a DOA mean and a DOA variance based on accumulated DOA determinations by running a statistical analysis program stored in memory 212 is stored. The DOA average forms an estimated geographic direction from the base station 101 to the communication unit 110 based on an incoming direction of the signals passing through the base station 101 from the communication unit 110 be received.

Das System 100 vergleicht dann die geschätzte geographische Richtung zur Kommunikationseinheit 110 von der Basisstation 101 mit der bestimmten Richtung von der Basisstation 101 zur Kommunikationseinheit 110, bestimmt eine Differenz zwischen der geschätzten geographischen Richtung und der bestimmten Richtung und vergleicht die bestimmte Differenz mit einem Differenzschwellwert. 4 zeigt die Verwendung von Vektoren, um den Vergleich auszuführen und die Differenz zu bestimmen, und wird hier präsentiert, damit der Leser die Prinzipien der Erfindung besser versteht. Der Prozessor 210 bestimmt einen ersten Vektor 404, der sich von der Basisstation 101 zum bestimmten geographischen Ort einer Kommunikationseinheit 110 erstreckt (das ist die bestimmte Richtung von der Basisstation 101 zur Kommunikationseinheit 110) und einen zweiten Vektor 406, der sich von der Basisstation 101 in der Richtung der geschätzten geographischen Richtung zur Kommunikationseinheit 110 erstreckt. Der Prozessor 210 bestimmt dann eine Winkeldifferenz 408 (das ist ein Kreuzungswinkel) zwischen dem ersten Vektor 404 und dem zweiten Vektor 406.The system 100 then compares the estimated geographic direction to the communication unit 110 from the base station 101 with the particular direction from the base station 101 to the communication unit 110 , determines a difference between the estimated geographic direction and the determined direction and compares the determined difference with a difference threshold. 4 Figure 4 illustrates the use of vectors to make the comparison and determine the difference, and is presented here to help the reader better understand the principles of the invention. The processor 210 determines a first vector 404 that is different from the base station 101 to the specific geographical location of a communication unit 110 extends (this is the specific direction from the base station 101 to the communication unit 110 ) and a second vector 406 that is different from the base station 101 in the direction of the estimated geographical direction to the communication unit 110 extends. The processor 210 then determines an angular difference 408 (this is a crossing angle) between the first vector 404 and the second vector 406 ,

Der Prozessor 210 vergleicht den Kreuzungswinkel 408 mit einem vorbestimmten Winkelschwellwert. Ein Wert für den vorbestimmten Winkelschwellwert basiert auf dem Wunsch, die Wahrscheinlichkeit des Erreichens einer Kommunikationseinheit mit einem gesendeten Signal zu maximieren und einem Wunsch die Wahrscheinlichkeit der Interferenz mit anderen Sendungen in einem Sektor (das ist Sektor 131) zu minimieren. Faktoren, wie das Verkehrsniveau im Sektor 131, geographische Merkmale (wie Hügel und Gebäude) des Sektors, ein Signalausbreitungsmodell, das verwendet wird, um eine Ausbreitung eines Signals im Sektor 131 zu kennzeichnen, und die Anzahl der Antennen in einer Antennenanordnung können bei der Auswahl eines vorbestimmten Winkelschwellwerts berücksichtigt werden. Wenn beispielsweise die Antennenanordnung 141 zwei Antennen einschließt, kann ein Kreuzungswinkel von ungefähr 80° passend sein, während wenn die Antennenanordnung 141 vier Antennen einschließt, ein Kreuzungswinkel von ungefähr 50° passend sein kann, da die Antennenanordnung einen schmaler fokussierten Strahl senden kann, wenn die Anordnung eine größere Zahl von Antennen einschließt.The processor 210 compares the crossing angle 408 with a predetermined angle threshold. A value for the predetermined angle threshold is based on the desire to maximize the likelihood of reaching a communication unit with a transmitted signal, and a desire the likelihood of interference with other transmissions in a sector (that is sector 131 ) to minimize. Factors such as the traffic level in the sector 131 Geographical features (such as hills and buildings) of the sector, a signal propagation model used to propagate a signal in the sector 131 and the number of antennas in an antenna array can be taken into account when selecting a predetermined angle threshold. For example, if the antenna arrangement 141 includes two antennas, a crossing angle of about 80 ° may be appropriate, while if the antenna arrangement 141 four antennas, a crossing angle of about 50 ° may be appropriate because the antenna arrangement may transmit a narrower focused beam when the arrangement includes a larger number of antennas.

Wenn der Kreuzungswinkel 408 größer als der vorbestimmte Winkelschwellwert ist, dann bestimmt die Basisstation 101, keine Technik zur Strahlformung einer Antenneanordnung zu verwenden und stattdessen mit einer maximalen Strahlbreite zu senden. Wenn jedoch der Kreuzungswinkel 408 kleiner oder gleich dem vorbestimmten Winkelschwellwert ist, und, wie das oben detailliert angegeben ist, die bestimmte Distanz zwischen der Basisstation 101 und dem bestimmten geographischen Ort der Kommunikationseinheit 110, die in 4 als bestimmte Distanz 402 gezeigt ist, größer als der vorbestimmte Distanzschwellwert ist, dann bestimmt der Prozessor 210, ob eine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden ist, auf der Basis einer Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes, wie das unten beschrieben wird.When the crossing angle 408 is greater than the predetermined angle threshold, then the base station determines 101 not to use a beamforming technique of an antenna array and instead to transmit with a maximum beamwidth. However, if the crossing angle 408 is less than or equal to the predetermined angle threshold, and, as detailed above, the determined distance between the base station 101 and the particular geographical location of the communication unit 110 , in the 4 as a certain distance 402 is greater than the predetermined distance threshold, then the processor determines 210 Whether to use a technique for beamforming the antenna array based on a rate of change of the signal quality measure, as described below.

Die Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes basiert auf mehreren Bestimmungen eines Signalqualitätsmaßes, wobei das Signalqualitätsmaß in folgender Weise bestimmt wird. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst jede Basisstation 101 bis 103 weiter einen Signalsummierer 230, der mit Mitteln für das Analysieren eines Spektrums eines RF-Eingangssignals 232 versehen ist, vorzugsweise einem Spektrum-Analysator für das Analysieren des Spektrums des empfangenen RF-Signals 150, wobei der Summierer 230 und der Spektrum-Analysator 232 vorzugsweise im Prozessor 210 eingeschlossen sind. Das erste digitalisierte Basisbandsignal, das vom ersten empfangenen Signal abgeleitet wird, und das zweite digitalisierte Basisbandsignal, das vom zweiten empfangenen Signal abgeleitet wird, werden im Summierer 230 kombiniert, um ein kombiniertes Basisbandsignal zu erzeugen. Das kombinierte Basisbandsignal wird dann an den Spektrum-Analysator 232 gegeben, und ein Signalqualitätsmaß, vorzugsweise ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR), wird bestimmt. Fachleute werden erkennen, dass es eine Vielzahl von Signalqualitätsmaßen gibt, wie die Signalleistung oder die Bitfehlerraten (für digitale Kommunikationssysteme), die hier verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das SNR soll hier dem Leser als ein Beispiel eines Signalqualitätsmaßes präsentiert werden, um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung besser zu illustrieren.The rate of change of the signal quality measure is based on several determinations of a signal quality measure, the signal quality measure being determined in the following way. As in 2 is shown, includes each base station 101 to 103 continue a signal summer 230 comprising means for analyzing a spectrum of an RF input signal 232 preferably a spectrum analyzer for analyzing the spectrum of the received RF signal 150 , where the summer 230 and the spectrum analyzer 232 preferably in the processor 210 are included. The first digitized baseband signal derived from the first received signal and the second digitized baseband signal derived from the second received signal are summated 230 combined to produce a combined baseband signal. The combined baseband signal is then sent to the spectrum analyzer 232 given, and a signal quality measure, preferably a signal-to-noise ratio (SNR) is determined. Those skilled in the art will recognize that there are a variety of signal quality measures, such as signal power or bit error rates (for digital communication systems), that can be used herein without departing from the scope of the present invention. The SNR is hereby presented to the reader as an example of a signal quality measure to better illustrate the principles of the present invention.

Das SNR wird durch spektrale Analysetechniken bestimmt. Das Spektrum des kombinierten Basisbandsignals wird im Spektrum-Analysator 232 analysiert. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Funktionen des Spektrum-Analysators 232 durch den Prozessor 210 ausgeführt, der eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) auf dem kombinierten Basisbandsignal ausführt, um die Frequenzkomponenten des kombinierten Basisbandsignals und ihre Größen zu bestimmen. Die Größen der Frequenzkomponenten werden dann verwendet, um die gesamte Leistung, vorzugsweise in Dezibel, die sich auf Milliwatt beziehen (dBm), im Kommunikationskanal und in den oberen und unteren Frequenzbändern neben dem Kommunikationskanal zu berechnen. Der Prozessor 210 berechnet dann ein Verhältnis der Gesamtleistungspegel im Band und im benachbarten Band, um ein SNR zu erzeugen und speichert das SNR im Speicher 212. Fachleute werden erkennen, dass es andere wohl bekannte Spektralanalysetechniken gibt, wie eine diskrete Transformation, um das Frequenzspektrum des kombinierten Basisbandsignals zu erhalten und um Leistungsberechnungen zu mitteln für den Vergleich von Leistungspegeln im Band und im benachbarten Band, die hier verwendet werden können, ohne von der Idee und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Verwendung der FFT und der Gesamtleistung soll dem Leser hier ein Beispiel einer Spektralanalysetechnik liefern, um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung besser zu illustrieren.The SNR is determined by spectral analysis techniques. The spectrum of the combined baseband signal is in the spectrum analyzer 232 analyzed. In the preferred embodiment, the functions of the spectrum analyzer 232 through the processor 210 performing fast Fourier transform (FFT) on the combined baseband signal to determine the frequency components of the combined baseband signal and their magnitudes. The magnitudes of the frequency components are then used to calculate the total power, preferably in decibels, relative to milliwatts (dBm) in the communication channel and in the upper and lower frequency bands adjacent to the communication channel. The processor 210 then calculates a ratio of the total power levels in the band and in the adjacent band to produce an SNR and stores the SNR in memory 212 , Those skilled in the art will recognize that there are other well-known spectral analysis techniques, such as a discrete transform, to obtain the frequency spectrum of the combined baseband signal and to average power calculations for comparison of band and adjacent band power levels that can be used herein without to deviate from the idea and scope of the present invention. The use of FFT and overall performance is intended to provide the reader with an example of a spectral analysis technique to better illustrate the principles of the present invention.

In der bevorzugten Ausführungsform bestimmt die Basisstation 101 periodisch, vorzugsweise einmal alle 0,4 Sekunden, das Signalqualitätsmaß, wie es oben beschrieben ist, für Signale, die von der Kommunikationseinheit 110 empfangen werden, und speichert es. Unter Bezug auf den Speicher 212 vergleicht der Prozessor 210 jedes neu bestimmte Signalqualitätsmaß (das ist das SNR) mit einer direkt vorhergehenden Signalqualitätsmaßbestimmung und bestimmt eine Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes (das ist die Änderungsrate der SNRs) auf der Basis einer Differenz zwischen den zwei Signalqualitätsmaßen. Der Prozessor 210 vergleicht dann die bestimmte Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes mit einem vorbestimmten Schwellwert der Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes. Der Schwellwert der Änderungsrate wird vom Konstrukteur des Systems 100 bestimmt, vorzugsweise auf der Basis von Faktoren, wie dem Muster und dem Niveau des Verkehrs im Sektor (das ist der Sektor 131) und der Anzahl der Hindernisse im Sektor. Fachleute erkennen, dass eine Vielzahl von Werten für den vorbestimmten Schwellwert der Änderungsrate verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.In the preferred embodiment, the base station determines 101 periodically, preferably once every 0.4 seconds, the signal quality measure, as described above, for signals received from the communication unit 110 receive and save it. With reference to the memory 212 the processor compares 210 each newly determined signal quality measure (that is the SNR) with a directly preceding signal quality measure and determines a rate of change of the signal quality measure (that is, the rate of change of the SNRs) based on a difference between the two signal quality measures. The processor 210 then compares the determined rate of change of the signal quality measure with a predetermined threshold of the rate of change of the signal quality measure. The threshold of the rate of change is determined by the designer of the system 100 determined, preferably on the basis of factors such as the pattern and level of traffic in the sector (this is the sector 131 ) and the number of obstacles in the sector. Those skilled in the art will recognize that a variety of values for the predetermined threshold rate of change may be used without departing from the scope of the present invention.

In der bevorzugten Ausführungsform ist der vorbestimmte Schwellwert der Änderungsrate die maximale Rate der Signalqualitätsverschlechterung, die vom System 100 toleriert wird, verursacht durch einen Schwund oder Hindernisse oder eine Vielzahl anderer Faktoren, jenseits dessen das System 100, vorzugsweise die Basisstation 101, keine Technik der Strahlformung der Antennenanordnung verwenden wird. Der Prozessor 210 subtrahiert ein neu bestimmtes Signalqualitätsmaß von einer vorherigen Bestimmung eines Signalqualitätsmaßes, um eine Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes zu bestimmen. Wenn die Differenz größer als der vorbestimmte Schwellwert der Änderungsrate ist, verwendet dann der Prozessor 210 eine maximale Strahlbreite für Sendungen zur Kommunikationseinheit 110. Beispielsweise und nur für den Zweck der Illustration der Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist, wenn das neu bestimmte SNR –10 dBm ist, und das direkt vorhergehende SNR 0 dBm ist, die Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes 0 dBm – (–10 dBm) = 10 dBm pro Sekunde. Die bestimmte Änderungsrate (10 dBm pro Sekunde) wird mit einem vorbestimmten Schwellwert der Änderungsrate, beispielsweise 8 dBm pro Sekunde verglichen. Wenn die bestimmte Änderungsrate größer als der Schwellwert der Änderungsrate ist, verwendet der Prozessor eine maximale Strahlbreite für Sendungen an die Kommunikationseinheit 110. Wenn jedoch die bestimmte Änderungsrate kleiner oder gleich dem Schwellwert der Änderungsrate ist, und wenn, wie das oben beschrieben ist, der Kreuzungswinkel 408 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Winkelschwellwert ist, und wenn die bestimmte Distanz 402 größer als der vorbestimmte Distanzschwellwert ist, bestimmt dann der Prozessor 210, eine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden.In the preferred embodiment, the predetermined rate of change rate threshold is the maximum rate of signal quality degradation experienced by the system 100 is tolerated, caused by a fading or obstacles or a variety of other factors beyond which the system 100 , preferably the base station 101 , will not use beamforming technology of the antenna arrangement. The processor 210 subtracts a newly determined signal quality measure from a previous determination of a signal quality measure to determine a rate of change of the signal quality measure. If the difference is greater than the predetermined threshold rate of change, then the processor uses 210 a maximum beam width for transmissions to the communication unit 110 , For example, and only for the purpose of illustrating the principles of the present invention, when the newly determined SNR is -10 dBm and the immediately preceding SNR is 0 dBm, the rate of change of the signal quality measure is 0 dBm - (-10 dBm) = 10 dBm per Second. The determined rate of change (10 dBm per second) is compared to a predetermined threshold rate of change, for example 8 dBm per second. If the determined rate of change is greater than the threshold rate of change, the processor uses a maximum beamwidth for transmissions to the communication unit 110 , However, if the determined rate of change is less than or equal to the threshold rate of change, and if so, as described above is, the crossing angle 408 is less than or equal to a predetermined angle threshold, and if the determined distance 402 is greater than the predetermined distance threshold, then determines the processor 210 to use a beam shaping technique of the antenna arrangement.

Techniken zur Strahlformung einer Antenne sind wohl bekannt. Viele basieren auf dem Fokussieren eines Antennenstrahls in der Richtung der maximal empfangenen Signalstärke (durch die Basisstation 101 von der Kommunikationseinheit 110). In der bevorzugten Ausführungsform verwendet die Basisstation 101 eine Technik zur Strahlformung einer Antenne, wie sie im US-Patent 5,936,569 "Method and Arrangement for Adjusting Antenna Pattern" beschrieben ist, wobei dieses Patent auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und hiermit eingeschlossen wird. Die Technik, die verwendet wird, um ein Muster eines Antennenstrahls zu bestimmen, ist für die vorliegende Erfindung nicht kritisch, und Fachleute werden erkennen, dass irgend ein Verfahren aus einer Zahl von Strahlformungsverfahren hier verwendet werden kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.Techniques for beamforming an antenna are well known. Many are based on focusing an antenna beam in the direction of maximum received signal strength (through the base station 101 from the communication unit 110 ). In the preferred embodiment, the base station uses 101 a technique for beam shaping an antenna, as used in U.S. Patent 5,936,569 "Method and Arrangement for Adjusting Antenna Pattern", this patent being assigned to the assignee of the present invention and incorporated herein by reference. The technique used to determine a pattern of an antenna beam is not critical to the present invention, and those skilled in the art will recognize that any of a number of beamforming methods may be used herein without departing from the scope of the present invention.

Die obige Beschreibung als auch die folgende betrachtet drei bestimmte Differenzen zwischen Faktoren, die vom System 100 bestimmt werden, und jeden der drei vorbestimmten Schwellwerte, bevor sie bestimmt, eine Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung zu verwenden. Gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt jedoch das System 100, vorzugsweise die Basisstation 101, ob eine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden ist, zumindest auf der Basis einer Richtungsdifferenz, wenn der Kreuzungswinkel 408 kleiner oder gleich dem vorbestimmten Winkelschwellwert ist, und ein Senden mit einer maximalen Strahlweite zu verwenden, wenn der Kreuzungswinkel 408 größer als der vorbestimmte Winkelschwellwert ist. Die Basisstation 101 kann bestimmten, eine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden, zusätzlich basierend darauf, wenn die bestimmte Distanz 402 größer als der vorbestimmte Distanzschwellwert ist, und ein Senden mit einer maximalen Strahlbreite zu verwenden, wenn die bestimmte Distanz 402 kleiner oder gleich dem vorbestimmten Distanzschwellwert ist. Weiter kann die Basisstation 101 bestimmen, eine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden, zusätzlich basierend darauf, wenn die bestimmte Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes kleiner oder gleich dem vorbestimmten Schwellwert der Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes ist, und ein Senden mit einer maximalen Strahlbreite zu verwenden, wenn die bestimmte Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes größer als der vorbestimmte Schwellwert der Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes ist.The above description as well as the following considers three specific differences between factors arising from the system 100 and determining each of the three predetermined thresholds before determining to use a beamforming technique of an antenna array. However, according to the present invention, the system determines 100 , preferably the base station 101 Whether to use a beamforming technique of the antenna array, based at least on a directional difference, when the crossing angle 408 is less than or equal to the predetermined angle threshold, and to use transmission with a maximum beamwidth when the crossing angle 408 is greater than the predetermined angle threshold. The base station 101 may be certain to use a technique for beam forming the antenna array, additionally based on it, if the given distance 402 is greater than the predetermined distance threshold, and to use transmission with a maximum beam width when the determined distance 402 is less than or equal to the predetermined distance threshold. Next, the base station 101 in addition to using a technique for beamforming the antenna array, additionally based on when the determined rate of change of the signal quality measure is less than or equal to the predetermined threshold rate of change of the signal quality measure, and using transmission with a maximum beam width if the determined rate of change of the signal quality measure is greater is the predetermined threshold of the rate of change of the signal quality measure.

Durch die Bestimmung, eine Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung in einigen Situationen zu verwenden und ein Senden mit maximaler Strahlbreite in anderen Situationen, sucht die vorliegende Erfindung eine Wahrscheinlichkeit zu optimieren, dass ein Signal, das von der Basisstation 101 gesandt wird, durch die Kommunikationseinheit 110 empfangen wird, während sie das Potential für eine Interferenz der Sendung zur Kommunikationseinheit 110 mit Sendungen zu anderen Kommunikationseinheiten im Sektor 131 minimiert, um somit die Verwendung der Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung zu optimieren. Eine Differenz zwischen der Richtung von der Basisstation 101 zur Kommunikationseinheit 110 und der Ankunftsrichtung der Signale, die von der Kommunikationseinheit 110 empfangen werden, die einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, zeigt, dass eine Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung, die einen Strahl einer Antennenanordnung in der Richtung der maximal empfangenen Signalstärke fokussiert, zu einem fehlausgerichteten Antennenstrahl führen würde. In einem solchen Fall würde die Verwendung einer maximalen Antennenstrahlbreite den Empfang eines Signals, das von der Basisstation 101 gesendet wurde, durch die Kommunikationseinheit 110 besser gewährleisten. Weiterhin kann die Basisstation durch die Überwachung einer Änderungsrate eines Signalqualitätsmaßes bestimmen, ob eine Kommunikationseinheit ein leicht fehlgerichtetes Signal nicht akzeptabel empfangen kann, beispielsweise weil die Kommunikationseinheit hinter einem Gebäude vorbeigeht oder sich durch eine Straßenschlucht bewegt, und eine Diffraktion oder Diffusion einer Sendung mit maximaler Strahlbreite kann passender sein. Zusätzlich sollte, wenn sich die Kommunikationseinheit 110 innerhalb einer vorbestimmten Distanz zur Basisstation befindet, eine Sendung mit maximaler Strahlbreite eine ausreichende Energie haben, um die Kommunikationseinheit 110 zu erreichen, wohingegen es sein kann, dass ein schmal fokussierter Strahl nicht mit den Bewegungen der Kommunikationseinheit 110 Schritt halten kann.By determining to use a beamforming technique of an antenna array in some situations and transmitting with maximum beamwidth in other situations, the present invention seeks to optimize a probability that a signal transmitted by the base station 101 is sent by the communication unit 110 while receiving the potential for interference of the transmission to the communication unit 110 with broadcasts to other communication units in the sector 131 minimized so as to optimize the use of the beamforming technique of an antenna array. A difference between the direction from the base station 101 to the communication unit 110 and the arrival direction of the signals received from the communication unit 110 which exceeds a predetermined threshold indicates that a beamforming technique of an antenna array that focuses a beam of an antenna array in the direction of maximum received signal strength would result in a misaligned antenna beam. In such a case, the use of a maximum antenna beam width would require the reception of a signal from the base station 101 was sent by the communication unit 110 better guarantee. Further, by monitoring a rate of change of a signal quality measure, the base station may determine whether a communication unit can not accept a slightly misdirected signal unacceptably, for example because the communication unit passes behind a building or moves through a street canyon, and diffracts or diffuses a broadcast of maximum beamwidth may be more appropriate. In addition, when the communication unit should be 110 is within a predetermined distance from the base station, a broadcast having maximum beam width will have sufficient power to the communication unit 110 whereas a narrow focused beam can not match the movements of the communication unit 110 Can keep up.

5 ist ein logisches Flussdiagramm 500 der Schritte, die durch eine Kommunikationseinheit ausgeführt werden, um zu bestimmen, ob eine Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung zu verwenden ist, und um somit die Verwendung der Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu optimieren. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Kommunikationsvorrichtung eine Basisstation, die eine Antennenanordnung einschließt, die mehrere Antennen umfasst. Die Kommunikationsvorrichtung umfasst weiter mehrere Empfängereinheiten, worin jede Antenne der mehreren Antennen mit einer getrennten Empfängereinheit der mehreren Empfängereinheiten gekoppelt ist, einen Prozessor, der mit jeder der mehreren Empfängereinheiten gekoppelt ist, und einen Speicher, der mit dem Prozessor gekoppelt ist. 5 is a logical flowchart 500 the steps performed by a communication unit to determine whether to use a beamforming technique of an antenna array, and thus to optimize the use of the beamforming technique of the antenna array according to a preferred embodiment of the present invention. In the preferred embodiment, the communication device is a base station that includes an antenna array that includes a plurality of antennas. The communication device further comprises a plurality of receiver units, wherein each antenna of the plurality of antennas is coupled to a separate receiver unit of the plurality of receiver units, a processor coupled to each of the plurality of receivers coupled units and a memory coupled to the processor.

Der logische Fluss beginnt (501), wenn die Kommunikationsvorrichtung, vorzugsweise eine Basisstation, einen Ort einer Kommunikationseinheit, vorzugsweise eines zellularen Telefons oder eines Funktelefons, bestimmt (502). Vorzugsweise bestimmt die Kommunikationsvorrichtung den Ort der Kommunikationseinheit auf der Basis der Ankunftszeit eines Signals an jeder der mehreren Kommunikationsvorrichtungen und durch eine Bezugnahme auf eine Standortdatenbank, die den geographischen Ort jeder der vielen Kommunikationsvorrichtungen speichert. Die Kommunikationsvorrichtung bestimmt (503) ihren eigenen Ort, vorzugsweise durch Bezugnahme auf die Standortdatenbank, und bestimmt (504) eine Distanz zwischen dem Ort der Kommunikationsvorrichtung und dem Ort der Kommunikationseinheit. Die Kommunikationsvorrichtung vergleicht (505) die bestimmte Distanz mit einem vorbestimmten Distanzschwellwert und bestimmt (506), ob eine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung verwendet werden soll.The logical flow begins ( 501 ), if the communication device, preferably a base station, determines a location of a communication unit, preferably a cellular telephone or a radiotelephone ( 502 ). Preferably, the communication device determines the location of the communication unit based on the arrival time of a signal at each of the plurality of communication devices, and by referring to a location database that stores the geographical location of each of the plurality of communication devices. The communication device determines ( 503 ) their own location, preferably by reference to the location database, and determines ( 504 ) a distance between the location of the communication device and the location of the communication unit. The communication device compares ( 505 ) determines the determined distance with a predetermined distance threshold value and ( 506 ), whether a technique for beam shaping of the antenna array should be used.

Wenn die bestimmte Distanz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Distanzschwellwert ist, so bestimmt (507) die Kommunikationsvorrichtung mit einer maximalen Strahlbreite zu senden, und der logische Fluss endet (508). Wenn die bestimmte Distanz größer als der vorbestimmte Distanzschwellwert ist, dann bestimmt die Kommunikationsvorrichtung auch eine Ankunftsrichtung (DOA) vor der Bestimmung, eine Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung zu verwenden.If the determined distance is less than or equal to the predetermined distance threshold, then ( 507 ) to send the communication device with a maximum beam width, and the logical flow ends ( 508 ). If the determined distance is greater than the predetermined distance threshold, then the communication device also determines an arrival direction (DOA) prior to determining to use a beamforming technique of an antenna array.

Um eine DOA zu bestimmen, empfängt (509) die Kommunikationsvorrichtung ein Signal von der Kommunikationseinheit über eine erste Antenne der mehreren Antennen, um ein erstes empfangenes Signal zu erzeugen, und empfängt (510) das Signal von der Kommunikationseinheit über eine zweite Antenne der mehreren Antennen, um ein zweites empfangenes Signal zu erzeugen. Die Kommunikationsvorrichtung bestimmt (511) dann eine DOA des Signals auf der Basis des ersten empfangenen Signals und des zweiten empfangenen Signals. In der bevorzugten Ausführungsform bestimmt die Kommunikationsvorrichtung eine Ankunftszeit des ersten empfangenen Signals und eine Ankunftszeit des zweiten empfangenen Signals. Alternativ bestimmt die Kommunikationsvorrichtung eine Phase des ersten empfangenen Signals und eine Phase des zweiten empfangenen Signals. Die Kommunikationsvorrichtung bestimmt dann eine DOA des Signals durch das Ausführen eines DOA-Algorithmus, der im Speicher gespeichert ist, und basierend auf den Ankunftszeiten oder alternativ den Phasen der ersten und zweiten empfangenen Signale. Die bestimmte DOA des Signals bildet eine geschätzte geographische Richtung zur Kommunikationseinheit von der Kommunikationsvorrichtung auf der Basis des Signals, das durch die Kommunikationsvorrichtung von der Kommunikationseinheit empfangen wurde.To determine a DOA, receive ( 509 ) the communication device receives a signal from the communication unit via a first antenna of the plurality of antennas to generate a first received signal, and receives ( 510 ) the signal from the communication unit via a second antenna of the plurality of antennas to generate a second received signal. The communication device determines ( 511 ) then a DOA of the signal based on the first received signal and the second received signal. In the preferred embodiment, the communication device determines an arrival time of the first received signal and an arrival time of the second received signal. Alternatively, the communication device determines a phase of the first received signal and a phase of the second received signal. The communication device then determines a DOA of the signal by performing a DOA algorithm stored in memory and based on the arrival times or, alternatively, the phases of the first and second received signals. The particular DOA of the signal forms an estimated geographic direction to the communication unit from the communication device based on the signal received by the communication device from the communication unit.

Die Kommunikationsvorrichtung bestimmt (512) eine Richtung von der Kommunikationsvorrichtung zum bestimmten Ort der Kommunikationseinheit und vergleicht (513) dann die Richtung mit der DOA des Signals. In der bevorzugten Ausführungsform bestimmt die Kommunikationsvorrichtung einen ersten Vektor auf der Basis der Richtung und bestimmt einen zweiten Vektor auf der Basis der DOA. Die Kommunikationsvorrichtung vergleicht dann die beiden Vektoren und bestimmt (514) eine Differenz zwischen der Richtung und der DOA auf der Basis des Vergleichs der zwei Vektoren, wobei die Differenz als eine Winkeldifferenz (das ist ein Kreuzungswinkel) zwischen den zwei Vektoren bestimmt wird.The communication device determines ( 512 ) a direction from the communication device to the specific location of the communication unit and compares ( 513 ) then the direction with the DOA of the signal. In the preferred embodiment, the communication device determines a first vector based on the direction and determines a second vector based on the DOA. The communication device then compares the two vectors and determines ( 514 ) determines a difference between the direction and the DOA on the basis of the comparison of the two vectors, the difference being determined as an angular difference (that is, a crossing angle) between the two vectors.

Die Kommunikationsvorrichtung vergleicht (515) die bestimmte Differenz zwischen den ersten und den zweiten Vektoren, das ist den Kreuzungswinkel, mit einem vorbestimmten Differenzschwellwert, vorzugsweise einem vorbestimmen Winkelschwellwert, und bestimmt (516) auf der Basis des Vergleichs, ob eine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden ist. Wenn die bestimmte Differenz größer als der vorbestimmte Winkelschwellwert ist, so bestimmt (517) die Kommunikationsvorrichtung, eine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung nicht zu verwenden und stattdessen ein Senden mit einer maximalen Strahlbreite zu verwenden, und der logische Fluss endet (508). Wenn die bestimmte Differenz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Winkelschwellwert ist, bestimmt die Kommunikationsvorrichtung weiter eine Änderungsrate eines Signalqualitätsmaßes vor der Bestimmung, die Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden.The communication device compares ( 515 ) determines the determined difference between the first and the second vectors, that is the crossing angle, with a predetermined difference threshold value, preferably a predetermined angular threshold value, and determines ( 516 ) based on the comparison of whether to use a beamforming technique of the antenna array. If the determined difference is greater than the predetermined angle threshold, then ( 517 ) the communication device, a technique for beam forming the antenna array not to use and instead use a transmission with a maximum beam width, and the logic flow ends ( 508 ). If the determined difference is less than or equal to the predetermined angle threshold, the communication device further determines a rate of change of a signal quality measure prior to determining to use the antenna array beamforming technique.

Um eine Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes zu bestimmen, empfängt (518) die Kommunikationsvorrichtung ein erstes Signal der vielen Signale, die zur Kommunikationsvorrichtung durch die Kommunikationseinheit gesendet werden, und bestimmt (519) ein erstes Signalqualitätsmaß auf der Basis des ersten Signals. Die Kommunikationsvorrichtung empfängt (520) auch ein zweites Signal der vielen Signale und bestimmt (521) ein zweites Signalqualitätsmaß auf der Basis des zweiten Signals, wenn das zweite Signal sich vom ersten Signal unterscheidet. Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Signalqualitätsmaße jeweils ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR); Fachleute werden jedoch erkennen, dass andere Signalqualitätsmaße hier verwendet werden können, wie die Signalleistung oder die Bitfehlerrate, ohne von der Idee und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Kommunikationsvorrichtung vergleicht (522) das erste Signalqualitätsmaß mit dem zweiten Signalqualitätsmaß und bestimmt (523) eine Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes auf der Basis des Vergleichs der ersten und zweiten Signalqualitätsmaße.To determine a rate of change of the signal quality measure, receives ( 518 ) the communication device a first signal of the many signals that are sent to the communication device by the communication unit, and determines ( 519 ) a first signal quality measure based on the first signal. The communication device receives ( 520 ) also a second signal of the many signals and determines ( 521 ) a second signal quality measure based on the second signal when the second signal is different from the first signal. Preferably, the first and second signal quality measures are each a signal-to-noise ratio (SNR); Those skilled in the art will recognize, however, that other signal quality measures may be used herein, such as signal power or bit error rate, without departing from the spirit and scope of the present invention. The communication device compares ( 522 ) the first signal quality measure with the second signal quality measure and determines ( 523 ) a rate of change of the signal quality measure based on the comparison of the first and second signal quality measures.

Die Kommunikationsvorrichtung vergleicht (524) die Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes mit einem vorbestimmten Schwellwert der Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes und bestimmt (525), ob eine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden ist. Wie detailliert oben angegeben ist, ist der vorbestimmte Schwellwert der Änderungsrate die maximale Rate der Verschlechterung der Signalqualität, die von der Kommunikationsvorrichtung toleriert wird, durch einen Schwund oder Hindernisse oder andere Faktoren, bevor die Kommunikationsvorrichtung bestimmt, die Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung nicht zu verwenden. Wenn die Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes größer als der vorbestimmte Schwellwert der Änderungsrate ist, verwendet (526) die Kommunikationsvorrichtung ein Senden mit maximaler Strahlbreite, und der logische Fluss endet (598). Wenn die bestimmte Änderungsrate kleiner als oder gleich dem vorbestimmten Schwellwert der Änderungsrate ist, und die bestimmte Distanz größer als der vorbestimmte Distanzschwellwert ist, und die Winkeldifferenz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Winkelschwellwert ist, verwendet (527) die Kommunikationsvorrichtung eine Technik zur Strahlformung einer Antenne, und der logische Fluss endet (508).The communication device compares ( 524 ) determines the rate of change of the signal quality measure with a predetermined threshold value of the rate of change of the signal quality measure and 525 ), whether a technique for beam forming the antenna array is to be used. As detailed above, the predetermined rate of change rate threshold is the maximum rate of signal quality degradation tolerated by the communication device by fading or obstacles or other factors before the communication device determines not to use the antenna array beamforming technique , If the rate of change of the signal quality measure is greater than the predetermined threshold rate of change, then ( 526 ) the communication device is sending with maximum beam width, and the logical flow ends ( 598 ). If the determined rate of change is less than or equal to the predetermined rate of change threshold, and the determined distance is greater than the predetermined distance threshold, and the angular difference is less than or equal to the predetermined angle threshold, then ( 527 ) the communication device a technique for beam forming an antenna, and the logical flow ends ( 508 ).

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vergleicht jede der drei Bestimmungen (das ist die bestimmte Distanz zur Kommunikationseinheit, die bestimmte Differenz zwischen der Richtung zur Kommunikationseinheit und der DOA, und die bestimmte Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes) mit drei jeweiligen Schwellwerten (das ist der vorbestimmte Distanzschwellwert, der vorbestimmte Differenzschwellwert und der vorbestimmte Schwellwert der Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes) vor der Bestimmung, eine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung zu verwenden. Fachleute werden jedoch erkennen, dass nicht alle Schritte (501) bis (527) notwendig sind, damit die Kommunikationsvorrichtung bestimmen kann, ob eine Technik zur Strahlformung der Antenneanordnung zu verwenden ist. In einer ersten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung führt eine Kommunikationsvorrichtung die Schritte (502) bis (506) aus. Dann sendet, wenn die bestimmte Distanz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Distanzschwellwert ist (Schritt (506)), die Antennenanordnung (507) mit maximaler Strahlbreite, und der logische Fluss endet (508). Wenn die bestimmte Distanz größer als der vorbestimmte Distanzschwellwert ist (Schritt (506)), dann verwendet die Antennenanordnung eine Antennenstrahlformungstechnik (Schritt (527), und der logische Fluss endet.The preferred embodiment of the present invention compares each of the three determinations (that is, the determined distance to the communication unit, the determined difference between the direction to the communication unit and the DOA, and the determined rate of change of the signal quality measure) with three respective thresholds (that is the predetermined distance threshold, the predetermined difference threshold and the predetermined threshold rate of change of the signal quality measure) prior to determining to use a beamforming technique of the antenna array. However, professionals will realize that not all steps ( 501 ) to ( 527 ) are necessary for the communication device to determine if a technique is to be used to beamform the antenna array. In a first alternative embodiment of the present invention, a communication device performs the steps ( 502 ) to ( 506 ) out. Then transmits if the determined distance is less than or equal to the predetermined distance threshold (step ( 506 )), the antenna arrangement ( 507 ) with maximum beam width, and the logic flow ends ( 508 ). If the determined distance is greater than the predetermined distance threshold (step ( 506 )), then the antenna arrangement uses an antenna beam shaping technique (step (step 527 ), and the logical flow ends.

In einer zweiten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung führt eine Kommunikationsvorrichtung die Schritte (502) und (509) bis (516) aus. Dann sendet (517), wenn die bestimmte Differenz zwischen dem Ort der Kommunikationsvorrichtung und der DOA größer als der vorbestimmte Differenzschwellwert ist (Schritt (516)), die Antennenanordnung mit maximaler Strahlbreite, und der logische Fluss endet (508). Wenn die bestimmte Distanz kleiner als oder gleich dem vorbestimmten Differenzschwellwert ist (Schritt (516)), dann verwendet die Antennenanordnung eine Antennenstrahlformungstechnik (Schritt (527)), und der logische Fluss endet (508).In a second alternative embodiment of the present invention, a communication device performs the steps ( 502 ) and ( 509 ) to ( 516 ) out. Then send ( 517 ), if the determined difference between the location of the communication device and the DOA is greater than the predetermined difference threshold (step ( 516 )), the antenna array with maximum beam width, and the logic flow ends ( 508 ). If the determined distance is less than or equal to the predetermined difference threshold (step ( 516 )), then the antenna arrangement uses an antenna beam shaping technique (step (step 527 )), and the logical flow ends ( 508 ).

In einer dritten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung führt eine Kommunikationsvorrichtung die Schritte (518) bis (525) aus. Dann sendet (526), wenn die bestimmte Differenz zwischen dem Ort der Kommunikationsvorrichtung und der DOA größer als der vorbestimmte Differenzschwellwert ist (Schritt (525)), die Antennenanordnung mit maximaler Strahlbreite, und der logische Fluss endet (508). Wenn die bestimmte Distanz kleiner als oder gleich dem vorbestimmten Differenzschwellwert ist (Schritt (525)), verwendet (527) die Antennenanordnung eine Antennenstrahlformungstechnik, und der logische Fluss endet (508).In a third alternative embodiment of the present invention, a communication device performs the steps ( 518 ) to ( 525 ) out. Then send ( 526 ), if the determined difference between the location of the communication device and the DOA is greater than the predetermined difference threshold (step ( 525 )), the antenna array with maximum beam width, and the logic flow ends ( 508 ). If the determined distance is less than or equal to the predetermined difference threshold (step ( 525 )), used ( 527 ) the antenna arrangement ends an antenna beam shaping technique, and the logical flow ends ( 508 ).

Insgesamt liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Optimieren der Verwendung einer Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung durch das Bestimmen, ob eine Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung für das Senden eines RF-Signals durch eine Kommunikationsvorrichtung, vorzugsweise eine Basisstation, an eine Kommunikationseinheit zu verwenden ist. Die Basisstation umfasst eine Antennenanordnung, wobei die Antennenanordnung mehrere Antennen einschließt. Die Basisstation bestimmt einen geographischen Ort der Kommunikationseinheit, eine Richtung von der Basisstation zum bestimmten Ort der Kommunikationseinheit, und eine DOA eines Signals, das durch die Basisstation von der Kommunikationseinheit über jede der mehreren Antennen empfangen wird. Die Basisstation vergleicht die Richtung mit der DOA, bestimmt eine Differenz auf der Basis des Vergleichs, und vergleicht die bestimmte Differenz mit einem vorbestimmten Differenzschwellwert. Die Basisstation bestimmt auch eine Distanz zwischen der Basisstation und der Kommunikationseinheit, und vergleicht die bestimmte Distanz mit einem vorbestimmten Distanzschwellwert. Die Basisstation bestimmt auch mehrere Signalqualitätsmaße auf der Basis von Signalen, die von der Kommunikationseinheit empfangen werden, bestimmt eine Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes auf der Basis der mehreren Signalqualitätsmaße und vergleicht die bestimmte Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes mit einem vorbestimmten Schwellwert der Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes. Auf der Basis der Vergleiche der bestimmten Differenz, der bestimmten Distanz und der bestimmten Änderungsrate des Signalqualitätsmaßes mit den jeweiligen Schwellwerten bestimmt die Basisstation, ob eine Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung zu verwenden ist.Overall, the present invention provides a method and apparatus for optimizing the use of a beamforming technique of an antenna array by determining whether a beamforming technique of an antenna array for transmitting an RF signal through a communication device, preferably a base station, to a communication unit to use. The base station comprises an antenna arrangement, the antenna arrangement including a plurality of antennas. The base station determines a geographical location of the communication unit, a direction from the base station to the particular location of the communication unit, and a DOA of a signal received by the base station from the communication unit via each of the plurality of antennas. The base station compares the direction with the DOA, determines a difference based on the comparison, and compares the determined difference to a predetermined difference threshold. The base station also determines a distance between the base station and the communication unit, and compares the determined distance with a predetermined distance threshold. The base station also determines a plurality of signal quality measures based on signals received from the communication unit, determines a rate of change of the signal quality measure on the basis of the plurality of signal quality measures and compares the determined rate of change of the signal quality measure with a predetermined threshold of the rate of change of the signal quality measure. Based on the comparisons of the determined difference, the determined distance, and the determined rate of change of the signal quality measure with the respective thresholds, the base station determines whether to use a beamforming technique of an antenna array.

Durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung optimiert eine Basisstation eine Wahrscheinlichkeit, dass ein Signal, das von der Basisstation gesendet wird, von der Kommunikationseinheit empfangen wird, während sie das Potential für eine Interferenz des Sendens an die Kommunikationseinheit mit Sendungen an andere Kommunikationseinheiten minimiert. Die vorliegende Erfindung optimiert die Verwendung der Technik zur Strahlformung einer Antennenanordnung durch das Vorsehen der Verwendung eines Sendens mit maximaler Strahlbreite in einer Umgebung, wo Schwund oder das Vorhandensein von Hindernissen zwischen der Kommunikationseinheit und der Basisstation in einem fehlgerichteten Signal mündet, wenn eine Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung verwendet wird, wobei es sein kann, dass dieses fehlgerichtete Signal von der Kommunikationseinheit nicht akzeptabel empfangen wird. In einer Umgebung, wo jedoch der Einfluss des Schwundes und von Hindernissen nicht so groß ist, optimiert die vorliegende Erfindung die Verwendung der Technik zur Strahlformung der Antennenanordnung durch das Verwenden der Technik zur Stahlformung der Antennenanordnung, was zu einem gerichteten Signal führt, das minimale Interferenzen mit Sendungen an Kommunikationseinheiten in der Nähe erzeugt.By the use of the present invention optimizes a base station a probability that a signal coming from the base station is sent from the communication unit while it is being received the potential for an interference of transmission to the communication unit with transmissions minimized to other communication units. The present invention optimizes the use of the technique for beam forming an antenna array by providing the use of maximum beamwidth transmission in an environment where fading or the presence of obstacles between the communication unit and the base station in one erroneous signal opens, when a beamforming technique uses the antenna assembly which may be that this misdirected signal from the communication unit is unacceptably received. In a Environment, where, however, the influence of fading and obstacles not so big, optimized the present invention uses the beamforming technique the antenna assembly by using the technique for steel forming the antenna arrangement, resulting in a directional signal, the minimal interference with transmissions to communication units near generated.

Während die vorliegende Erfindung unter Bezug auf spezielle Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen in der Form und den Details hier vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.While the present invention with reference to specific embodiments shown and described, professionals will understand that different changes in the form and the details can be made here without leaving Deviating scope of the present invention.

Claims (16)

Verfahren in einem drahtlosen Telekommunikationssystem (100), wobei das System eine Kommunikationsvorrichtung (101, 102, 103) einschließt, wobei die Kommunikationsvorrichtung eine Antennenanordnung (141, 142, 143) umfasst, die mehrere Antennen (144, 145, 146, 147, 148, 149) umfasst, zum Bestimmen, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll und wobei dadurch die Verwendung der Technik zur Antennenfeld-Strahlformung optimiert wird, wobei das Verfahren umfasst: – Bestimmen einer Richtung (404) von der Kommunikationsvorrichtung (101) zu einem Ort einer Kommunikationseinheit (110); – Empfangen eines Signals von der Kommunikationseinheit über eine erste Antenne der mehreren Antennen, um ein erstes empfangenes Signal zu erzeugen; – Empfangen des Signals von der Kommunikationseinheit über eine zweite Antenne der mehreren Antennen, um ein zweites empfangenes Signal zu erzeugen; – Bestimmen einer Ankunftsrichtung des Signals auf Grundlage des ersten empfangenen Signals und des zweiten empfangenen Signals; – Vergleichen von der Richtung zu dem Ort der Kommunikationsvorrichtung mit der Ankunftsrichtung des Signals; – Bestimmen einer Differenz (408) zwischen der Richtung und der Ankunftsrichtung auf Grundlage des Vergleichs; und – Bestimmen, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll, auf Grundlage der bestimmten Differenz.Method in a wireless telecommunication system ( 100 ), the system being a communication device ( 101 . 102 . 103 ), wherein the communication device comprises an antenna arrangement ( 141 . 142 . 143 ) comprising a plurality of antennas ( 144 . 145 . 146 . 147 . 148 . 149 ) for determining whether to use a technique for antenna array beamforming, and thereby optimizing the use of the technique for antenna array beamforming, the method comprising: - determining a direction ( 404 ) from the communication device ( 101 ) to a location of a communication unit ( 110 ); Receiving a signal from the communication unit via a first antenna of the plurality of antennas to generate a first received signal; Receiving the signal from the communication unit via a second antenna of the plurality of antennas to generate a second received signal; Determining an arrival direction of the signal based on the first received signal and the second received signal; Comparing the direction to the location of the communication device with the arrival direction of the signal; - determining a difference ( 408 ) between the direction and the direction of arrival based on the comparison; and determining whether to apply a technique for antenna array beamforming based on the determined difference. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend einen Schritt des Vergleichens der bestimmten Differenz mit einem vorbestimmten Differenz-Schwellwert, und wobei der Schritt des Bestimmens, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll, einen Schritt des Bestimmens umfasst, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll, auf der Grundlage des Vergleichens der bestimmten Differenz (408) mit dem vorbestimmten Differenz-Schwellwert.The method of claim 1, further comprising a step of comparing the determined difference to a predetermined difference threshold, and wherein the step of determining whether to apply an antenna array beamforming technique comprises a step of determining whether a technique is to the antenna array Beam forming should be used on the basis of comparing the determined difference ( 408 ) with the predetermined difference threshold. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens einer Ankunftsrichtung des Signals die Schritte umfasst: – Bestimmen einer Ankunftszeit des ersten empfangenen Signals; – Bestimmen einer Ankunftszeit des zweiten empfangenen Signals; und – Bestimmen einer Ankunftsrichtung des Signals auf Grundlage der Ankunftszeit des ersten empfangenen Signals und der Ankunftszeit des zweiten empfangenen Signals.The method of claim 1, wherein the step of Determining an arrival direction of the signal comprising the steps of: - Determine an arrival time of the first received signal; - Determine an arrival time of the second received signal; and - Determine an arrival direction of the signal based on the arrival time the first received signal and the arrival time of the second received signal. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens einer Ankunftsrichtung des Signals die Schritte umfasst: – Bestimmen einer Phase des ersten empfangenen Signals; – Bestimmen einer Phase des zweiten empfangenen Signals; und – Bestimmen einer Ankunftsrichtung des Signals auf Grundlage der Phase des ersten empfangenen Signals und der Phase des zweiten empfangenen Signals.The method of claim 1, wherein the step of Determining an arrival direction of the signal comprising the steps of: - Determine a phase of the first received signal; - Determine a phase of the second received signal; and - Determine an arrival direction of the signal based on the phase of the first one received signal and the phase of the second received signal. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Vergleichens der Richtung zu dem Ort der Kommunikationseinheit mit der Ankunftsrichtung des Signals die Schritte umfasst: – Bestimmen eines ersten Vektors (404) auf Grundlage der Richtung; – Bestimmen eines zweiten Vektors (406) auf Grundlage der Ankunftsrichtung; und – Vergleichen des ersten Vektors mit dem zweiten Vektor.The method of claim 1, wherein the step comparing the direction to the location of the communication unit with the direction of arrival of the signal comprises the steps of: - determining a first vector ( 404 ) based on the direction; Determining a second vector ( 406 ) based on the direction of arrival; and - comparing the first vector with the second vector. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Bestimmens einer Differenz zwischen der Richtung und der Ankunftsrichtung einen Schritt des Bestimmens einer Winkeldifferenz (408) zwischen dem ersten Vektor und dem zweiten Vektor umfasst.The method of claim 5, wherein the step of determining a difference between the direction and the direction of arrival comprises a step of determining an angular difference ( 408 ) between the first vector and the second vector. Verfahren nach Anspruch 6, weiter umfassend einen Schritt des Vergleichens der Winkeldifferenz mit einem vorbestimmten Winkel-Schwellwert, und wobei der Schritt des Bestimmens, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll, einen Schritt des Bestimmens umfasst, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll auf der Grundlage des Vergleichens des Winkeldifferenz mit dem vorbestimmten Winkel-Schwellwert.The method of claim 6, further comprising Step of comparing the angular difference with a predetermined one Angle threshold, and wherein the step of determining if a Technology for antenna field beamforming to be used, a Step of determining includes whether a technique for antenna array beamforming should be used on the basis of comparing the angular difference with the predetermined angle threshold. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend die Schritte: – Bestimmen eines Ort der Kommunikationsvorrichtung; – Bestimmen einer Distanz (402) zwischen der Kommunikationseinheit und der Kommunikationsvorrichtung; – Vergleichen der bestimmten Distanz mit einem vorbestimmten Distanz-Schwellwert; und – wobei der Schritt des Bestimmens, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll, einen Schritt des Bestimmens umfasst, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll, auf der Grundlage der bestimmten Differenz (408) zwischen der Richtung und der Ankunftsrichtung und dem Vergleichen der bestimmten Distanz (402) mit dem vorbestimmten Distanz-Schwellwert.The method of claim 1, further comprising the steps of: - determining a location of the communication device; Determining a distance ( 402 ) between the communication unit and the communication device; - comparing the determined distance with a predetermined distance threshold value; and wherein the step of determining whether to apply a technique for antenna array beamforming comprises a step of determining whether to apply an antenna field beamforming technique based on the determined difference ( 408 ) between the direction and the direction of arrival and the comparison of the determined distance ( 402 ) with the predetermined distance threshold. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Kommunikationsvorrichtung mehrere Signale von der Kommunikationseinheit empfängt und wobei das Verfahren weiter die Schritte umfasst: – Empfangen eines ersten Signals der mehreren Signale von der Kommunikationseinheit; – Bestimmen einer ersten Signalgütemetrik auf Grundlage des ersten Signals; – Empfangen eines zweiten Signals der mehreren Signale von der Kommunikationseinheit; – Bestimmen einer zweiten Signalgütemetrik auf Grundlage des zweiten Signals; – Vergleichen der ersten Signalgütemetrik mit der zweiten Signalgütemetrik, um eine Änderungsrate der Signalgütemetrik zu erzeugen; und – wobei der Schritt des Bestimmens, ob eine Technik zur Antennenfeld- Strahlformung eingesetzt werden soll, einen Schritt des Bestimmens umfasst, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll, auf der Grundlage der bestimmten Differenz zwischen der Richtung und der Ankunftsrichtung, dem Vergleichen der bestimmten Distanz mit dem vorbestimmten Distanz-Schwellwert, und auf der Änderungsrate der Signalgütemetrik.The method of claim 8, wherein the communication device receives several signals from the communication unit and the method further comprising the steps of: - receive a first signal of the plurality of signals from the communication unit; - Determine a first signal quality metric based on the first signal; Receiving a second signal the plurality of signals from the communication unit; - Determine a second signal quality metric based on the second signal; - Compare the first signal quality metric with the second signal quality metric, at a rate of change of Signal quality metric to create; and - in which the step of determining if a technique is used for antenna array beamforming is to include a step of determining whether a technique for antenna field beamforming, based on the determined difference between the direction and the direction of arrival, comparing the determined distance with the predetermined distance threshold, and on the rate of change the signal quality metric. Verfahren nach Anspruch 9, weiter umfassen die Schritte: – Vergleichen der bestimmten Differenz zwischen der Richtung und der Ankunftsrichtung mit einem vorbestimmen Differenz-Schwellwert; – Vergleichen der Änderungsrate der Signalgütemetrik mit einem vorbestimmten Schwellwert der Änderungsrate der Signalgütemetrik; und – wobei der Schritt des Bestimmens, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll, einen Schritt des Bestimmens umfasst, dass eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung nicht eingesetzt werden soll, wenn die vorbestimmt Differenz größer als der vorbestimmte Differenzschwellwert ist, die bestimmte Distanz kleiner als der vorbestimmter Distanzschwellwert ist, oder die Änderungsrate der Signalgütemetrik größer als der vorbestimmter Schwellwert der Änderungsrate der Signalgütemetrik ist, und des Bestimmens, dass eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll, wenn die vorbestimmt Differenz kleiner als der vorbestimmte Differenz-Schwellwert ist, wenn die bestimmte Distanz größer als der vorbestimmter Distanz-Schwellwert ist, und wenn die Änderungsrate der Signalgütemetrik kleiner als der vorbestimmte Schwellwert der Änderungsrate der Signalgütemetrik ist.The method of claim 9, further comprising the steps of: - To compare the determined difference between the direction and the direction of arrival with a predetermined difference threshold; - To compare the rate of change the signal quality metric with a predetermined threshold value of the rate of change of the signal quality metric; and - in which the step of determining if a technique is used for antenna array beamforming It is intended to include a step of determining that a technique not to be used for antenna field beam shaping, if the predetermined difference is greater than the predetermined difference threshold is the determined distance is less than the predetermined distance threshold, or the rate of change the signal quality metric greater than the predetermined threshold value of the rate of change of the signal quality metric and determining that a technique for antenna array beamforming should be used if the predetermined difference is less than the predetermined difference threshold is when the determined distance greater than is the predetermined distance threshold, and when the rate of change of the Signal quality metric is less than the predetermined threshold value of the rate of change of the signal quality metric. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationsvorrichtung mehrere Signale von der Kommunikationseinheit empfangt und wobei das Verfahren weiter die Schritte umfasst: – Empfangen eines ersten Signals der mehreren Signalen von der Kommunikationseinheit; – Bestimmen einer ersten Signalgütemetrik auf Grundlage des ersten Signals; – Empfangen eines zweiten Signals der mehreren Signalen von der Kommunikationseinheit; – Bestimmen einer zweiten Signalgütemetrik auf Grundlage des zweiten Signals; – Vergleichen der ersten Signalgütemetrik mit der zweiten Signalgütemetrik; und – wobei der Schritt des Bestimmens, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll, einen Schritt des Bestimmens umfasst, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll, auf der Grundlage der bestimmten Differenz zwischen der Richtung und der Ankunftsrichtung, und auf dem Vergleich der ersten Signalgütemetrik mit der zweiten Signalgütemetrik.The method of claim 1, wherein the communication device receives a plurality of signals from the communication unit, and wherein the method further comprises the steps of: receiving a first signal of the plurality of signals from the communication unit; Determining a first signal quality metric based on the first signal; Receiving a second signal of the plurality of signals from the communication unit; Determining a second signal quality metric based on the second signal; Comparing the first signal quality metric with the second signal quality metric; and wherein the step of determining whether an antenna array beamforming technique is to be used comprises a step of determining whether an antenna array beamforming technique should be used based on the determined difference between the direction and the arrival direction; on the comparison of the first signal quality metric with the second signal quality metric. Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend die Schritte: – Bestimmen einer Änderungsrate der Signalgütemetrik auf Grundlage des Vergleichs der ersten Signalgütemetrik mit der zweiten Signalgütemetrik; – Vergleichen der Änderungsrate der Signalgütemetrik mit einem vorbestimmten Schwellwert der Änderungsrate der Signalgütemetrik; und – wobei der Schritt des Bestimmens, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll, einen Schritt des Bestimmens umfasst, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll, auf der Grundlage der bestimmten Differenz zwischen der Richtung und der Ankunftsrichtung, und auf dem Vergleich der ersten Änderungsrate der Signalgütemetrik mit dem vorbestimmten Schwellwert der Änderungsrate der Signalgütemetrik.The method of claim 11, further comprising Steps: - Determine a rate of change the signal quality metric based on the comparison of the first signal quality metric with the second signal quality metric; - To compare the rate of change the signal quality metric with a predetermined threshold value of the rate of change of the signal quality metric; and - in which the step of determining if a technique is used for antenna array beamforming is to include a step of determining whether a technique for antenna field beamforming, based on the determined difference between the direction and the direction of arrival, and comparing the first rate of change of the signal quality metric with the predetermined threshold value of the rate of change of the signal quality metric. Vorrichtung, umfassend eine Kommunikationsvorrichtung (101, 102, 103), die einschließt: – eine Antennenfeld (141, 142, 143) mit einer ersten Antenne (144, 146, 148), die ein Signal von einer Kommunikationseinheit (110) empfängt, um ein erstes empfangenes Signal zu erzeugen und einer zweiten Antenne (145, 147, 149), die das Signal von der Kommunikationseinheit empfängt, um ein zweites empfangenes Signal zu erzeugen; – einen Prozessor (124), der an das Antennenfeld gekoppelt ist, der einen geographischen Ort der Kommunikationseinheit bestimmt, eine Richtung von der Kommunikationsvorrichtung zu dem geographischen Ort der Kommunikationseinheit bestimmt, eine Ankunftszeit des ersten empfangenen Signals bestimmt, eine Ankunftszeit des zweiten empfangenen Signals bestimmt, einen Ankunftsrichtung des Signals von der Kommunikationseinheit auf Grundlage der Ankunftszeit jedes des ersten und zweiten empfangenen Signale bestimmt, die Richtung mit der Ankunftsrichtung vergleicht, einen Differenz (408) zwischen der Richtung und der Ankunftsrichtung auf Grundlage des Vergleichs bestimmt, die bestimmte Differenz mit einem vorbestimmten Differenz-Schwellwert vergleicht und die Verwendung einer Technik zur Antennenfeld-Strahlformung optimiert, durch Bestimmen, ob die Technik zur Antennenfeld-Strahlformung verwendet werden soll, auf Grundlage des Vergleichs der bestimmten Differenz mit dem vorbestimmten Differenz-Schwellwert; und – einen Speicher (212), welcher mit dem Prozessor gekoppelt ist, der den bestimmten Ort der Kommunikationsvorrichtung, den vorbestimmten Differenz-Schwellwert und einen Algorithmus für die Ankunftsrichtung speichert.Device comprising a communication device ( 101 . 102 . 103 ), which includes: - an antenna array ( 141 . 142 . 143 ) with a first antenna ( 144 . 146 . 148 ), which receives a signal from a communication unit ( 110 ) to generate a first received signal and a second antenna ( 145 . 147 . 149 ) receiving the signal from the communication unit to generate a second received signal; A processor ( 124 ) coupled to the antenna array, which determines a geographical location of the communication unit, determines a direction from the communication device to the geographical location of the communication unit, determines an arrival time of the first received signal, determines an arrival time of the second received signal, an arrival direction of the signal determined by the communication unit based on the arrival time of each of the first and second received signals, comparing the direction with the direction of arrival, a difference ( 408 ) is determined between the direction and the arrival direction based on the comparison that compares the determined difference with a predetermined difference threshold and optimizes the use of a technique for antenna array beamforming, by determining whether the technique for antenna array beamforming is to be used based on the comparison of the determined difference with the predetermined difference threshold value; and - a memory ( 212 ) coupled to the processor storing the particular location of the communication device, the predetermined difference threshold, and an arrival direction algorithm. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Prozessor weiter eine Distanz (402) zwischen der Kommunikationseinheit (110) und dem Standort der Basis (101) bestimmt, die bestimmte Distanz mit einen vorbestimmten Distanz-Schwellwert vergleicht und bestimmt, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden soll auf der Grundlage des Vergleichens der bestimmten Differenz (408) mit dem vorbestimmten Differenz-Schwellwert und auf dem Vergleich der bestimmten Distanz (402) mit dem vorbestimmten Distanz-Schwellwert und wobei der vorbestimmte Distanz-Schwellwert in dem Speicher gespeichert wird.The apparatus of claim 13, wherein the processor further maintains a distance ( 402 ) between the communication unit ( 110 ) and the location of the base ( 101 ), which compares the determined distance with a predetermined distance threshold, and determines whether an antenna array beamforming technique should be used based on the comparison of the determined difference (Fig. 408 ) with the predetermined difference threshold and on the comparison of the determined distance ( 402 ) with the predetermined distance threshold and wherein the predetermined distance threshold is stored in the memory. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Prozessor weiter mehrere Signale von der Kommunikationseinheit empfangt, eine erste Signalgütemetrik für ein erstes Signal der mehreren Signalen bestimmt, ein zweites Signal der mehrere Signale von der Kommunikationseinheit empfangt, eine zweite Signalgütemetrik für das zweite Signal bestimmt, die erste Signalgütemetrik mit der zweiten Signalgütemetrik vergleicht, um eine Änderungsrate der Signalgütemetrik zu erzeugen, die Änderungsrate der Signalgütemetrik mit einem vorbestimmten Schwellwert der Änderungsrate der Signalgütemetrik vergleicht und bestimmt, ob eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung eingesetzt werden, auf der Grundlage des Vergleichens der bestimmten Differenz mit dem vorbestimmten Differenz-Schwellwert, der Vergleich der bestimmten Distanz mit dem vorbestimmten Distanz-Schwellwert und der Vergleich der Änderungsrate der Signalgütemetrik mit dem vorbestimmten Schwellwert der Änderungsrate der Signalgütemetrik und wobei der vorbestimmte Schwellwert der Änderungsrate der Signalgütemetrik in dem Speicher gespeichert wird.The apparatus of claim 14, wherein the processor further receives several signals from the communication unit, a first signal quality metric for a first Signal of the multiple signals determines, a second signal of several Receives signals from the communication unit, a second Signalgütemetrik for the second signal determines the first signal quality metric with the second signal quality metric compares to a rate of change the signal quality metric to generate the rate of change the signal quality metric with a predetermined threshold of the rate of change of the signal quality metric compares and determines if a technique is used for antenna array beamforming on the basis of comparing the determined difference with the predetermined difference threshold, the comparison of the determined Distance with the predetermined distance threshold and the comparison the rate of change the signal quality metric with the predetermined threshold value of the rate of change of the signal quality metric and wherein the predetermined threshold value of the rate of change of the signal quality metric is stored in the memory. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Prozessor bestimmt, eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung nicht einzusetzen, wenn die bestimmte Differenz größer als der vorbestimmte Differenz-Schwellwert ist, die bestimmte Distanz kleiner als der vorbestimmte Distanz-Schwellwert ist, oder die Änderungsrate der Signalgütemetrik größer als der vorbestimmte Schwellwert der Änderungsrate der Signalgütemetrik ist und bestimmt, eine Technik zur Antennenfeld-Strahlformung einzusetzen, wenn die bestimmte Differenz kleiner als der vorbestimmte Differenz-Schwellwert ist, wenn die bestimmte Distanz größer als der vorbestimmte Distanz-Schwellwert ist, und wenn die Änderungsrate der Signalgütemetrik kleiner als der vorbestimmte Schwellwert der Änderungsrate der Signalgütemetrik ist.The apparatus of claim 14, wherein the processor determines not to use a technique for antenna field beamforming, if the specific difference is greater than the predetermined difference threshold is the determined distance is less than the predetermined distance threshold, or the rate of change the signal quality metric bigger than that predetermined threshold of the rate of change of Signal quality metric and is determined to use a technique for antenna field beamforming, if the determined difference is less than the predetermined difference threshold is when the determined distance is greater than the predetermined distance threshold is, and if the rate of change the signal quality metric less than the predetermined threshold value of the rate of change of the signal quality metric is.
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